基于长短期记忆网络的半潜平台波浪爬升预报

波浪爬升问题与半潜式平台安全密切相关,波浪爬升的实时在线预报有助于保障海上作业安全.基于长短期记忆(LSTM)神经网络模型,以波浪和平台运动时间序列为输入,建立半潜式平台波浪爬升高度的极短期在线预报方法.通过平台模型试验获得训练与测试数据,对LSTM模型性能进行检验.结果显示,在提前预报量为6 s和12 s时,波浪爬升高度的平均预报精度分别为92.90%和84.09%,最大值相对误差不高于19.69%和30.66%;同时,模型在提前预报量低于6 s时能够对较大的波浪爬升极值实现准确且稳定的预报,可为海上平台运营过程中波浪砰击和越浪等风险预警提供有效技术支持.

基于卷积神经网络的波浪砰击载荷识别方法

为准确识别波浪砰击载荷,保障海洋平台作业的安全性,基于卷积神经网络(CNN)模型,建立立柱-甲板简化模型的砰击载荷识别方法,根据结构测点应变响应数据对砰击载荷进行识别。通过分析半潜式平台立柱-甲板处砰击载荷分布的特点,进行有限元数值计算,生成训练数据集和测试数据集,同时考虑数据噪声的影响。结果表明:CNN砰击载荷识别模型具有很高的识别精度和良好的抗噪声能力,在无噪声和有噪声情况下,整体精度分别为99.6%和91.9%;相比传统的反向传播神经网络(BPNN)模型,CNN模型的识别精度更高。

新型超大型浮式海上基地消浪室方案试验研究

新型超大型浮式海上基地(VLFOB)设计采用了由两层直立开孔式消浪墙组成的消浪室结构。根据内、外消浪墙开孔率的不同,提出6组消浪室方案。通过模型试验研究,对比分析不同消浪室方案下的消波效率和VLFOB水动力性能,结果表明:一般地,消浪室开孔率越小,消波效率越高,VLFOB的纵荡幅值和系泊力越大,单体间连接载荷相对较大;相同消浪室方案下,入射波能级提高使得消波效率降低;采用内外开孔率分别为0.16和0.24的消浪室方案,不仅消波效率较高,而且单体间的连接载荷也较小。

超大型浮式海上基地概念及模块形式研究

回顾了超大型浮式结构物的研究历程,在此基础上提出深远海超大型浮式海上基地概念,对有潜力作为其模块形式备选方案的新型深海平台概念进行了调研分析,并提出进一步开展相关研究的建议。

深水环形超大型浮式海上基地进船作业特性试验研究

新概念深水环形超大型浮式海上基地(VLFOB)设置有进船通道,以实现工程船避风靠泊功能。进船作业时,VLFOB分离成通过缆绳柔性连接的两个半环结构。通过模型试验研究发现:进船通道迎浪时,其顶端宽度变化比较小,且通道间连接力较小,适合工程船通行;不同浪向下,通道上部连接力始终较小,中、下部较大;通道打开使得VLFOB半环中部刚性连接载荷明显增大。

新概念深水半潜式生产平台水动力截断试验与数值计算

对一新型深海半潜式生产平台的水动力性能进行模型试验和数值计算分析.与传统直立柱结构的半潜式平台不同,该新型平台的4根立柱在水线面以上向内倾斜.由于平台工作水深为1.5km,模型试验时需通过数值分析进行等效截断设计.对平台6自由度运动响应和系泊缆受力的研究表明,模型试验结果与数值计算结果基本一致,该新型半潜式生产平台具有良好的水动力性能,满足规范要求.

带舭板筒形平台垂向运动性能试验

为了分析舭板对筒形平台垂向运动性能的影响,以一型筒形平台为对象,在海洋工程水池中开展了水动力模型试验。试验内容包括:静水中的自由衰减试验、白噪声波浪试验和特定海况下的不规则波试验。结果表明:添加舭板后将增大平台的固有周期和阻尼系数;垂向运动很有可能将在添加舭板后得到改善。

海洋工程试验的浮式风力发电机模型设计

应用相似原理及机械工程与结构设计方法开发并制造了完全满足几何相似与傅如德(Froude)相似的1 ∶50 NREL 5 MW风机试验缩尺模型。模型风机可用于衡量不同风速下风机转速、转矩、推力,以及叶片局部受载情况;同时实现了可精确模拟风机塔影效应的“风机-塔架”一体式模型设计,解决了线束干扰等问题。该缩尺模型风机为准确评估浮式风力发电机性能提供了基础。

经典式Spar平台涡激运动与驰振特性的对比试验

为研究经典式Spar平台的涡激运动和驰振特性,开展了平台在系泊状态下的水池模型试验,分析不同流速作用下Spar平台的横荡运动特性,并通过对比仅流、仅波浪与波流耦合工况试验结果,分析波流耦合作用对Spar平台涡激运动和驰振运动性能的影响.结果表明:高折合速度的海流使得Spar平台发生驰振运动,相比涡激运动,其振荡周期更长、振幅更大,且具有随机性.波流耦合作用不会改变Spar平台流致运动的具体模式,但是显著影响流致运动的幅值.

基于故障树的沉船整体打捞系统失效风险分析

采用双船抬吊打捞系统对大吨位沉船进行整体打捞是一项高难度高危险作业,对打捞系统及打捞过程进行风险评估至关重要。基于故障树分析法对双船抬吊打捞系统进行分析,确定打捞系统的逻辑树与二级子系统,分析二级子系统的失效模式,并绘制打捞系统的故障树。根据打捞工程危险源识别报告、失效数据库估算基本事件的发生概率,通过故障树定量分析得到打捞系统发生故障的概率是0.00216,属于中等偏高风险,平均无障碍工作时间约为463.97 h。最后通过计算分析确定了基本事件的风险值,并为风险值较高的基本事件提出风险控制方法,为打捞作业安全保障提供支持。

台风海况下半潜式钻井平台动力性能监测与分析

半潜式钻井平台在海洋油气资源开发中发挥着重要作用,目前主要采用模型试验和数值模拟方法对其动力性能进行研究,非常缺乏台风等极端海况下半潜式平台动力响应的实海域监测数据。以某半潜式钻井平台为研究对象,构建了一套比较完善的平台动力性能监测系统,并对台风“杜苏芮”过境阶段的监测数据进行了分析。根据平台艏部气隙及运动监测数据推算了平台吃水及环境波高;采用随机波浪的统计分析方法,计算得到短期海况的有效波高、谱峰周期、能量谱等信息,通过与多种典型海浪谱对比发现Jonswap谱与所测波谱吻合较好;对平台的横摇、纵摇及垂荡运动进行了时域统计分析和频域谱分析,得到了台风海况下被测平台波频运动的实际响应特征,对于指导平台抗台作业具有重要意义。

立柱直径比对四立柱平台涡激运动性能影响的数值研究

与单立柱平台(Spar)类似,四立柱平台在洋流作用下也容易发生涡激运动,对锚泊和立管系统的疲劳寿命产生不利影响。一种非对称半潜式平台具有两种不同尺寸的立柱,立柱直径比对非对称平台涡激运动性能的影响尚需深入研究。采用计算流体力学(CFD)方法,对直径比分别为1.0、1.5和2.0的立柱组合在两种不同角度水流作用下的运动响应进行了二维数值模拟,分析发现:立柱直径比不为1时四立柱平台也具有明显的涡激运动,其横荡运动具有显著的锁定现象;在广义折合速度定义下,与相同直径的四立柱平台相比,立柱直径比不为1时其横荡运动锁定区间变宽且滞后,横荡响应幅值的峰值具有明显差异;在所研究的直径比范围内,大直径立柱在上游时涡激运动响应比其在下游时更显著,且这种差异随着直径比变大而变大。

张力腿平台系泊系统特性研究

张力腿平台(TLP)采用垂直张紧式系泊系统,相对于传统的悬链线、张紧式系泊系统有较明显的区别,为此提出了一种较为简化直观的方法来计算TLP系泊系统的静力特性;通过Sesam软件相关模块对平台进行时域耦合分析,研究了TLP系泊系统的动力特性,运用谱分析方法得出了系泊系统动力响应中的能量分布情况;将计算结果与模型试验结果进行对比分析,验证了本文方法给出的TLP系泊系统静力与动力特性计算结果的准确性。

半潜式平台垂向运动对气隙影响的概率统计分析

应用矩和L矩方法以及二次转换方程,基于模型试验数据的概率统计分析,研究半潜式平台在作业工况和生存工况下的气隙响应,以及平台垂向运动对立柱周围不同位置处的波浪升高和气隙的影响。结果表明,垂向运动总体上能够增加气隙,海况越恶劣,增加程度越明显;在不同浪向下对不同位置的气隙影响有差别,后立柱周围的波浪升高和气隙受平台运动的影响相比前立柱更为显著;同时,平台垂向运动会引起立柱周围波浪升高的非线性增强。

半潜式平台波浪砰击测试方法与载荷特性研究

本文采用模型试验的方法对半潜式钻井平台受到的水平波浪砰击载荷进行了研究。为了克服模型结构动力响应的影响,试验时设计了专用的测量单元用于监测波浪砰击载荷,并采用小波分析的方法对砰击载荷试验数据进行降噪处理。试验结果表明:半潜式平台水平波浪砰击载荷的发生频率和砰击冲量随有义波高的增加而增加,但砰击载荷幅值则体现了显著的非线性和随机性特征,砰击载荷冲量的随机性和发散性则相对较小;平台立柱与箱型甲板连接处的砰击载荷较大,大多数海况下后立柱砰击频率和砰击载荷幅值比前立柱更高。

半潜式平台局部切割模拟及施工支撑方案改进

局部切割和构件替换是半潜式平台特检过程中的可能施工项目,但局部切割后平台原有的结构形式将发生显著改变,使应力重新分布,可能产生较为危险的高应力区域。本文采用有限元方法,按照特检切割方案对某半潜式平台立柱大肘板切割进行了模拟,基于第1轮切割施工现场实测数据对分析模型及方法的正确性进行了验证,并对大肘板切除后平台的应力状态进行了考察,结果表明大肘板切除后平台剩余结构的特定位置将产生显著的应力集中,按照原方案设置的支撑构件无法有效降低这些区域的应力水平。根据数值计算结果和局部结构形式,提出了2种支撑改进方案,并验证了改进方案的优越性。本文研究结果对半潜式平台的局部切割施工方案的制定具有重要借鉴意义。

半潜式平台气隙实船监测与数据分析

气隙性能是半潜式平台设计中一个关键问题,是衡量平台甲板是否发生抨击和越浪的一个重要参数.本文针对一个安装在南中国海中的一座半潜式平台上的浪高仪在一年中所测得的气隙数据样本,进行了较为全面的时域分析、频域分析以及统计分析计算.对时历数据进行处理得到能量谱密度曲线,表明气隙能量基本集中在波频范围,同时提出适合实测数据的高低频分离方法.通过对概率密度和累积分布曲线的拟合,发现在不同时期极值出现的概率很接近,表示气隙性能比较稳定,由此可对气隙极值出现的概率进行初步的预测.

基于LH矩法的半潜式平台气隙响应极值分析

以设计水深为1.5km的半潜式平台为研究对象,假设相对波浪升高峰值服从双参数Weibull分布,引入LH矩法,通过模型试验数据对分布中的未知参数进行估计,得到相应的超越概率分布曲线.分析结果表明:随着LH矩阶数的增加,双参数Weibull分布可以很好地拟合非线性较弱的一年一遇海况下相对波浪升高较大部分峰值,对于百年一遇海况下非线性较强的相对波浪升高较大部分峰值,拟合程度也显著改善.

沉船打捞多体系统耦合动力响应特性计算研究

为研究双船抬吊法在深水区域大吨位沉船整体起浮打捞作业中的应用,以采用双船抬吊法整体打捞300 m水深处的12000 t沉船这一案例中用到的多体打捞系统为研究对象,开展多体耦合水动力性能和提升吊缆动力载荷特性研究。采用三维频域格林函数法计算多浮体的耦合水动力特性,对提升吊锚链在不同沉船提升高度和不同环境载荷方向下的动载受力特性进行分析。计算结果与水池模型试验结果的对比显示二者吻合较好,表明该方法有效,可为实际工程中打捞方案的设计提供参考。

半潜式平台大肘板局部切割作业的结构应力监测与分析

某半潜式平台立柱与浮箱间的8个大肘板需要在坞修中拆除并更换新的大肘板,通过结构有限元方法可以分析大肘板拆除过程的安全性,但在坞修中平台外部载荷和支撑条件的不确定性为建立精确的有限元模型带来困难。文章针对一处大肘板,提出了一种应力释放局部切割流程和应力监测方案,采用光纤光栅传感器对应力释放过程中大肘板及附近8个关键位置的应变情况进行了实时监测。采用Mises屈服准则计算得到局部切割过程中各测点的相当应力,分析了局部切割过程中不同位置的应力变化特点。分析得到切割前8个关键位置的初始应力状态,为有限元模型提供校核依据,最终获得了经过验证的有限元模型,为进一步研究切割方案安全性和分析新大肘板初始应力状态奠定基础。