大型铺管船托管架疲劳损伤实时监测应用与研究

托管架长期承受着交变载荷的作用,结构疲劳破坏问题不容忽视。为此,本文分别基于波浪谱和监测数据对托管架的疲劳问题进行研究。通过计算结果的对比分析,发现基于波浪谱的疲劳损伤计算,由于波浪荷载的随机性很强,导致计算结果偏于保守,适用于设计阶段结构的疲劳寿命预报评估;而基于实时监测数据的疲劳损伤计算,数据相对更加准确,适用于实时评估结构当前的疲劳损伤情况,并依此提出适当的维修和保养建议。

基于Workbench-AQWA的铺管船托管架结构时程分析

选择上海振华重工设计制造的用于铺设海底管道铺管船托管架作为研究对象,通过AQWA软件得到铺管船与托管架的运动响应幅值算子(RAO),并通过时域分析计算铺管船与托管架在实际海况下的波浪载荷和加速度时程;采用OFFPIPE软件对不同管径、水深的管道-托管架模型(线-点模型)进行动态铺设分析并得到托辊反力;根据托管架受载的特点,以加速度时程作为托管架的载荷条件对其进行结构时程分析,对比在规则波与不规则波海况下的应力水平。研究成果为后续托管架设计奠定基础。

基于AQWA的铺管船-托管架耦合模型

为分析海洋工程结构物在波浪中的运动响应,以用于铺设海底管道的铺管船和托管架为研究对象,阐述大尺度结构物(铺管船)与小尺度结构物(托管架、管道)分别适用的计算理论,采用AQWA软件对铺管船-托管架在不同浪向下的动力特性进行分析。通过频域水动力分析比较铺管船和托管架在规则波与不规则波下的6个自由度的运动,得到铺管船和托管架的运动响应幅值算子(response amplitude operator,RAO),通过时域分析计算铺管船和托管架在实际海况下的波浪载荷时程,为托管架强度分析奠定基础。

深水S型铺设托管架参数分析

为讨论托管架几何参数对深水管道S型铺设的影响,本文利用有限元方法,考虑了托管架结构刚度影响,分析了铺设过程中管道与托管架的接触、管道大变形等非线性问题,讨论了托管架长度、曲率半径及托辊间距和高度等参数对S-lay的影响.计算结果表明,有限元法可有效解决深水铺设的强非线性问题;托管架几何形状是提高整体铺设能力的主要参数,托辊布局影响管道局部安全,托辊高度对管道上弯段的影响更显著.

多点支撑托管架支撑下的海洋管道铺设中的静力分析

本文以实际工程中点支撑托管架支撑下的海洋管道为分析对象，采用Ｂ样条函数分段拟合了从张紧器到海床间整段管道在铺设时的空间曲线，利用样条函数配点法求解管道的平衡微分方程，得到了管道在铺设过程中所必须的数据。本方法适用性好，理论简明，求解快，精度高。

深水管道S型铺设托管架基本设计分析

将上弯段管道依照托辊分布划分为若干对称微段,通过微分求解,结合设计规范,得到了托管架几何参数:托管架弧长、曲率半径、托辊长度及间距设计的控制方程;分析发现,托管架最大曲率由两部分组成:托管架整体曲率和托辊处局部曲率,分别由托管架几何参数和托辊参数控制;通过对比商业软件计算结果及现有托管架结构设计参数,证明了结论的正确性及有效性。控制方程表达简单,易为工程设计人员掌握。

托管架原理样机的试验设计

根据海底管道S型铺设的原理,运用半实物仿真系统设计了用于室内模型试验的中大比尺托管架模型试验样机,运用dSPACE控制的运动台模拟铺管船运动,通过测试系统可以测试托管架/管道之间的作用力、管道应力状态等铺管中的关键力学参数.

基于深海铺管船托管架系统调整的软件开发

为了正确调整S型铺设托管架的入水角度与各托辊的支撑位置,在深海铺管船托架系统调整分析的基础上,提出了深海S型铺设托管架调整方法,借助MATLAB软件GUI模块开发了一款通用性软件,着力提高深海作业时托管架系统调整工作的质量与效率。工程算例应用结果表明:该软件可及时提供最新的参数与模拟图像,操作简单、界面友好、交互性强,可根据实际工程需要调整或增加相关计算界面。该软件的成功开发可为托管架的调整工作提供科学依据和工程应用基础。

海洋石油201船托管架自身甲板固定设计研究

为节省海洋石油201船在带航期间支付存储托管架租用场地（或驳船）的费用,论文研究分析了将托管架固定在201船自身甲板的方案,实地测量了现场并进行三维模拟,并对比分析了将托管架部分构件拆分及整体固定的两个方案.为不影响201船的机动灵活性,使201船可以快速投入到海管项目（或结构项目）,确定了通过改造部分甲板滚轮布置、设计特殊工装,实现采用将第一节托管架安装到船尾,第二、三节托管架及搁架整体固定于201船自身甲板的方案.最后,进行了固定设计方案的强度计算校核,校核结果满足要求.该方案设计合理,技术可行;现已成功应用,并取得了良好的实施效果.

S型铺管船固定式托管架设计

以某铺管船设计项目为依托介绍了固定式托管架的基本设计、结构设计和连接锁紧装置设计及计算。该托管架总长约79 m,高约7 m,铰点间距15.5 m,可应用于水深最大为350 m、管径为4 in^60 in的管线铺设,并可在5级海况(风速22.7 m/s,有义波高4.0 m)下待命而不弃管。

S形铺管托管架的结构刚度研究

随着海底管道铺设逐步走向深海,托管架长度和管道质量也随之增加,导致托管架相对刚度变小,在管道压力的作用下,托管架发生整体变形甚至破坏。鉴于此,基于Abaqus软件,建立"海洋石油201"托管架的精细有限元模型,计算了不同铺管工况下托管架的整体结构刚度,探讨了A型支架吊点位置对托管架刚度的影响,并建立了可考虑托管架整体结构刚度的Orcaflex模型。研究结果表明,深水铺管时,托管架承受管道载荷和重力的综合作用而发生变形,其中第1节变形最小,后2节变形较大;改变A型支架吊点位置可调整托管架的整体结构刚度。

基于频域的S-lay托管架疲劳分析

根据船体随机荷载对托管架的影响,用等效质量的方法将托管架-管道进行解耦,用虚拟激励法建立船体随机运动作用下托管架的虚拟动力学方程,并将虚拟激励法的平稳随机振动分析转化为简谐振动分析,利用ANSYS求解,应用Dirlik方法得到托管架的疲劳寿命,提出在频域内利用ANSYS和虚拟激励法对托管架进行疲劳寿命评价的方法。

深水铺管船托管架疲劳分析及动态监测点选取研究

作为S型铺管作业的关键性装备,托管架长期承受着交变载荷的作用,随着海洋开发向超深水发展,结构疲劳破坏问题不容忽视。采用疲劳谱分析的方法并结合线性累积损伤理论,对托管架结构频域下的变形进行了分析,计算了正常海况下和极端海况下托管架疲劳损伤度并对疲劳寿命进行了评估。研究发现托管架在正常海况下作业符合安全要求,在极端海况下局部结构会受到破坏。并从托管架结构安全监测角度,筛选了结构疲劳分析关键点位,为监测点位的选取提供了依据。

铺管船托管架设计与强度校核

托管架布置和强度是铺管船详细设计中必须考虑的关键技术问题。文章以某铺管船为例,采用通用有限元软件MSC.Patran对管道在铺设过程中的结构进行了有限元建模,对该铺管船托管架的进行了总布置设计并进行了强度校核,并对主船体和托管架局部结构进行了数值模拟,所得数据对同类型铺管船船设计和制造具有指导意义。

深水管道铺设中托管架精细建模及滚轮支撑坐标计算

针对深水管道铺设中滚轮支撑坐标难以确定的问题,开发了一种能够建立精细的托管架模型及自动获得最优化的托管架形状和滚轮高度的计算程序。应用结果表明,本文方法能够有效弥补传统管道铺设设计方法的缺陷,大大提高设计效率和可靠性。

蓝疆号起重铺管船托管架拖挂结构的质量及进度控制

蓝疆号起重铺管船是一艘集起重、管道铺设于一身的多功能新型船舶,在铺管作业系统中,设有一连接船体与托管架的独立结构——拖挂结构。介绍这个由特厚高强钢板组焊而成的结构在制造过程和现场施工中的质量控制及进度控制,供从事工程管理人员参考。

海洋铺管船托管架技术研究

托管架是浅海管道铺设中的重要辅助设备之一,文章介绍了胜利油田油建公司自行设计制造的托管架的结构组成和性能参数,对托管架进行了有限元模拟计算,设定了6个工况,计算得出了各部分结构的应力情况,对托管架、A字架和侧拉杆结构进行了相应的优化,优化后的结果满足强度要求。通过对各种方案的比较,提出了一些建议。

深水S型铺管船托管架连接部件接触分析

托管架是深水s型铺管船的关键装备之一，其作用是实现对管道的支撑和引导管道按照所需要的角度入水，使管道铺设时有合理的变形以保证管道安全。在托管架整体分析的基础上，对受力较为复杂的托管架铰接段和中间段之间的连接部件进行非线性接触分析，校核托管架连接部件的安全性，对托管架设计起到一定指导意义。

托管架根部电缆保护推荐做法

在以往托管架根部电缆设计中,为满足托管架能达到最大下放角度,电缆要留充足的活动余量,电缆余量过大,极易造成电缆损坏。为确保托管架根部电缆在恶劣海况下正常使用,对电缆敷设重新进行工装设计。采用电缆立管、底座及转轴组合形成一套可随动的部件,托管架上升/下降过程中,电缆护管可随托管架角度进行一定范围摆动,底座及转轴尽量靠近船体,满足托管架达到限位位置,确保电缆护管至托管架上电缆槽之间的电缆余量达到最小。新方案实施后,电缆余量仅为0.23 m,与改造前相比减小了3.77 m。

柔性托管架伸缩式机构设计

针对以往研究的托管架大多为固定半径的刚性结构,难以适应复杂多变的深海环境的问题,以及柔性托管架核心技术被国外公司所垄断的状况,基于层次分析法,选择最佳的柔性托管架伸缩机构--液压机构。对液压伸缩机构的各管段组进行有限元分析,得到不同运动状态下的力学性能,为液压伸缩机构的设计和制造提供参考依据。