考虑桩基础柔性的海上风机结构可靠度安全评价研究

为了解决海上风机结构可靠性评价模型普遍存在的不能准确模拟荷载间的耦合效应的问题,文章基于OpenFAST开发了一种全耦合海上风机支撑结构可靠性评估模型。考虑到桩土相互作用对风机结构响应的显著影响,文章基于耦合弹簧模型建立了具有柔性单桩基础的NREL5MW海上风机模型。选取海上风机结构的叶尖塔筒间隙及桩基泥面平动位移作为典型失效模式,分别开展了考虑柔性桩基的海上风机结构在正常运行及停机工况下的结构安全评价。研究结果不仅验证了该模型能够高效准确地开展海上风机结构可靠度安全评价,还揭示了波浪荷载是导致桩基发生平动位移的主导荷载。

基于实测波频数据的海洋核动力平台多体动力特性评估

基于现有的渤海浮式生产储卸油装置(Floating Production Storage and Offloading,FPSO)实测数据,开展海洋核动力平台(Marine Nuclear Power Platform,MNPP)定位系统多体动力特性分析。建立MNPP定位系统的多刚体动力学模型,通过MNPP与渤海某FPSO的响应幅值算子(Response Amplitude Operator,RAO),计算FPSO船体实测数据与MNPP响应的比例系数;根据FPSO船体实测数据计算MNPP六自由度数据,并采用经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)方法保留原始数据的波频成分,在此基础上计算定位系统的系泊回复能力和各铰节点的受力行为。通过与FPSO软刚臂系泊系统受力状态进行对比分析,验证MNPP定位系统在实测海况下设计的合理性。可为MNPP系泊结构设计和安全运行提供科学的分析手段。

基于BCALoD的FPSO软刚臂系泊系统疲劳分析

针对软刚臂系泊系统铰节点在服役过程中出现的疲劳损伤问题,提出一种基于原型监测和局部密度双向聚类算法(Bidirectional Clustering Algorithm based on Local Density,BCALoD)的疲劳寿命计算方法。采用BCALoD算法对获得的船体六自由度进行工况分类,运用多体动力学将运动数据转算为受力时程,将其作为铰节点疲劳寿命分析的载荷谱。采用Abaqus软件建立各铰节点有限元模型以计算热点应力,结合Miner线性疲劳累积损伤理论和雨流计数方法计算疲劳寿命。进一步分析评估基于实测数据的铰节点疲劳设计指标,指出该FPSO软刚臂上铰节点的疲劳寿命不足以支持其完成服役,且各铰节点难以统一维护和更换。本研究可为在役软刚臂系泊系统的疲劳寿命计算提供一种新的载荷处理方法,为未来海洋平台的设计提供参考。

不同进风方式喷雾干燥过程的CFD模拟研究

根据实验室已有的旋流式干燥塔建立模型并按照相同尺寸建立直流干燥塔模型,对比了2种进风方式的干燥效果。模拟结果表明,旋流式干燥塔的干燥效果要好于直流式干燥塔,但也会有黏壁、过热等现象。因此在实验过程中对于高分子物料干燥时应该有关于干燥气体温度及在颗粒干燥塔内的停留时间的特殊操作要求。

隧道超前地质预报溶洞探地雷达数据时频分析

为研究隧道超前地质预报中溶洞的探地雷达的数据特征,可从时间剖面、三瞬属性(瞬时振幅、瞬时相位、瞬时频率)以及时频联合分布等方面进行特征分析。利用电磁波时域有限差分法进行数值模拟,得出溶洞在探地雷达时间剖面中呈现出双曲线特征,溶洞的填充情况不同,反射波振幅的幅值和方向不同。探地雷达数据的瞬时属性中,瞬时振幅可凸显出溶洞的反射,瞬时相位可作为溶洞填充情况的判断依据,瞬时频率可作为溶洞的辅助判别标志。时频联合分布中,电磁波能量集中于溶洞顶的反射波位置,无填充溶洞的电磁波能量呈现出多个块状的分布区域,并出现拖尾现象,充水溶洞的电磁波能量集中分布在一个区域。通过对溶洞的实测数据进行分析,进一步验证了溶洞探地雷达数据时频域特征的有效性。

海洋核动力平台定位系统多体动力学建模与分析

海洋核动力平台可以为海上油气开发、偏远岛屿和海水淡化等提供稳定的能源供给,是具有潜力的重要海洋装备.定位系统作为核动力平台的核心部位,主要由单点转塔、YOKE刚臂、系泊腿和系泊支架组成,属于典型的多刚体动力学系统.对定位系统进行多体动力学分析可以提高核动力平台长期作业的可靠性.基于多刚体动力学理论,结合定位系统多铰连接的拓扑结构,建立了定位系统的多体动力仿真模型;进而考虑核动力平台作业海洋环境,通过谱分析与线性叠加原理得到核动力平台在多年重现期下的六自由度运动时程.以我国首座海洋核动力平台为例,利用多体动力学模型分别计算了一年一遇、十年一遇和百年一遇海况下定位系统的系泊回复力与连接结构受力行为.计算结果与准静力学模型、Kane动力学模型进行对比,给出了定位系统的系泊回复刚度曲线,并提出了系泊回复力动力放大系数.研究可为定位系统系泊能力评估和各连接结构受力分析提供参考和借鉴.

基于跨孔雷达的地下结构无损检测实验系统设计

设计了跨孔雷达检测地下结构缺陷的实验系统,由地下连续墙模型和跨孔雷达系统2部分组成。内置缺陷的地下连续墙模型为钢筋混凝土结构,尺寸5.0 m×3.0 m×4.0 m,为跨孔雷达检测提供测试条件。跨孔雷达系统硬件部分采用步进频率体制,包括网络分析仪、控制主机以及收发天线等部分;软件系统可实现数据采集、显示和储存等功能。实验测试表明,该系统实现了跨孔雷达对地下结构内部缺陷的准确检测,创新性强,有助于激发学生的科研兴趣和探索精神。

金属基极紫外光刻胶

由于具有光源波长短(13.5 nm)、图案化分辨率高等优点,极紫外(extreme ultraviolet,EUV)光刻技术被认为是突破5 nm甚至是3 nm半导体芯片制程节点的关键技术,与之相对应的EUV光刻胶研发广受关注。但传统的基于聚合物体系的化学放大光刻胶(chemical amplified resist,CAR)因尺寸过大、对EUV吸收低,限制了其在EUV光刻技术的应用进程。部分含有d轨道电子的金属元素具有高的EUV吸收截面,在光刻胶分子中引入这些金属元素可以有效提高对EUV的灵敏度。通过分子设计制备尺寸小、EUV吸收高的金属基光刻胶材料是解决EUV光刻胶服役性能问题的有效途径,已得到了广泛的研究。本文按金属氧簇(MOCs)、金属氧化物纳米粒子(NP)、金属-有机小分子(MORE)进行分类,对目前国内外的EUV光刻胶研究进展进行总结,并对EUV光刻胶未来所面临的机遇和挑战进行了展望。

基于模型试验的海洋核动力平台定位系统解脱作业关键指标分析

海洋核动力平台定位系统采用软刚臂单点系泊方式,属于多铰连接的单点系泊装置。定位系统在长期海上运营过程中,会面临结构维护、改造、更换等作业,解脱作业的安全性是定位系统乃至核动力平台安全的重要组成。借鉴国内外海洋石油平台解脱作业的成功案例,首先给出了核动力平台定位系统解脱作业的流程,并结合解脱作业故障树的风险传递路径给出关键风险指标;然后基于相似理论搭建了定位系统1∶9缩尺比模型试验平台,真实模拟了定位系统全流程解脱作业,验证了定位系统解脱作业的可行性与有效性;基于实时测量数据分析提升缆绳在限位状态与解脱作业时的张力响应、法兰解脱时系泊腿下部万向节振动响应、系泊刚臂下放姿态等关键指标。研究结果表明物理试验模拟方法可以准确表征解脱作业过程的关键节点,并为量化作业指标、优化作业流程提供数据支持,同时相关试验分析方法可以为其他海洋装备的解脱、安装等提供参考。

软刚臂系泊系统多体动力行为模拟和实测验证

为了研究浮式生产储卸油装置软刚臂系泊系统在服役海况下的多体动力学行为,本文将软刚臂系泊系统的铰结构进行拆分,结合现场原型监测信息,开展了适用于现场应用的软刚臂系泊系统的三维多体动力学模拟研究。利用现场监测冗余信息,验证了多体动力学模拟方法对在役软刚臂系泊系统各铰和单体运动状态计算的正确性。同时,相对于传统的软刚臂结构的二维力学模型而言,本文所提出的三维多体动力学模型全面地考虑了船体和系泊结构运动的影响,系泊回复力具有明显的波频效应,可更加全面地表征软刚臂系泊系统在服役状态下的结构运动姿态和受力等实时工作状态。

基于多体动力特征的海洋核动力平台主铰节点疲劳特性研究

主铰节点作为海洋核动力平台定位系统的核心部件,起到传递系泊力和释放船体运动的作用。通过采用ABAQUS和nCode软件联合仿真开展主铰节点疲劳耐久性分析,同时引入定位系统多体动力学模型求解主铰节点的载荷谱,并考虑主铰节点的修正Coulomb摩擦属性,研究主铰节点在定位系统多体动力特征下的疲劳。研究表明,服役海况、摩擦系数和横摆角度对主铰节点的热点应力影响显著,主铰节点U型连接器内侧销孔的45°圆弧处为易产生疲劳损伤的危险区域,需要在设计和测试中密切关注。