基于随机森林的导管架海洋平台结构模型修正方法

提出一种基于随机森林的有限元模型修正方法,能够快速、准确地给出导管架海洋平台结构模型的修正参数。选定平台不同的设计参数,对设计参数和基频进行Pearson相关性分析,得到与基频相关系数较大的参数,并重新设计试验参数获得基频。通过随机森林网络增加两者之间的非线性差异,验证网络精度及其泛化能力。结合实测数据,对比分析有限元模型的修正的效果。结果表明:模型的回归分数可达0.998,修正后的有限元模型可更准确地反映真实平台的动力特性。

软刚臂系泊系统水平系泊力原型测量方法

以渤海某在役的浮式储油卸油装置(FPSO)软刚臂为研究对象,对其系泊力的测量方法从应变、位移和运动姿态3个方面进行了讨论,并对测量的精度及准确性进行了分析.结果表明,3种方法在测量精度上大体相同,而长期稳定性和成本上倾角仪(运动姿态)方法要好于其他两者.系泊力原型测量方法的应用,不但可以使作业者有效保障现役FPSO的系泊安全,而且其测力结果亦可作为软刚臂系泊性能评估的重要参考.

软刚臂监测的设计验证

为了探究浅水软刚臂在运行中的工作机理,根据软刚臂系泊浮体在役期间的失效模式确定监测信息,并设计了监测方案。基于C++研发了集成分析系统,获得了长期连续的数据。通过监测系统内的冗余数据,对FPSO浮体运动响应和系泊力测量系统进行了评价,验证了监测系统的正确性。该监测系统可为软刚臂在役期间提供实时的安全保障,测得的信息又可为软刚臂设计提供参考。

基于实测的软刚臂横摆疲劳分析

针对浮式生产储存卸货装置中软刚臂系泊系统所产生的横摆问题,运用相位分析方法分析软刚臂横摆与船体横摇的共振现象,研究了软刚臂横摆的疲劳分析方法;以软刚臂上铰点为例,运用雨流计数方法统计上铰点1a的循环次数,并推算出其15a的循环次数,利用有限元方法计算15a的循环次数下的疲劳损伤.结果表明,上铰点的整体损伤达到了0.57.在软刚臂的设计年限内,上铰点存在疲劳失效的隐患风险,亟需寻找切实可行的方法以降低共振所带来的影响.

软刚臂横摆机理及减振方法研究

浅水软刚臂作为单点系泊方式的一种,在长期的交变荷载作用下会产生疲劳问题。根据浅水软刚臂形式的特点,确定监测信息,设计监测方案。在实际监测中发现,软刚臂结构会发生垂直于船体的横向摆动现象。基于第一类全椭圆积分,建立了软刚臂在大幅度摆动下的横摆理论方程。采用TLD子结构模型试验的方法,对软刚臂减振进行了初步的研究。结果表明,采用适当的水深和重量进行TLD调制,对软刚臂减振效果可达80%以上。

振动试验夹具结构动态设计及试验验证

针对传统振动试验夹具结构动态设计主要依靠经验及公式粗略计算的不足,通过构建某夹具的3维有限元模型,利用模态分析对夹具固有频率、低阶振型进行预测,对不满足要求的夹具进行改进。利用随机振动分析从固有频率、振动放大因子、正交运动范围、各固定点间振动量值差别4个方面对改进后的夹具进行仿真计算,并与试验结果对比,验证仿真结果的可靠性,判断夹具设计满足振动试验要求。

番禺30-1导管架海洋平台结构振动监测与安全分析

番禺30-1平台是我国首座位于南海海域水深200 m的固定式导管架海洋平台结构,平台结构基频较低,在动载荷作用下平台结构极易发生振动响应,可能对平台结构构件、设备及人员造成一定的安全隐患。现场监测得到的番禺30-1平台结构振动响应统计数据发现,季风期平台结构在波浪作用下发生稳定持续的振动响应,偶然性拖船撞击平台结构桩腿时发生较为强烈的瞬态振动响应。运用有限元数值动力分析方法,结合相关规定对平台结构在波浪及拖船撞击时进行了结构安全性能分析,为平台结构的安全运行及安全保障提供参考价值。

基于实测的导管架海洋平台振动对人员安全评价

目前我国的海洋工程结构中,导管架式海洋平台占有很大比重,动荷载作用下导管架式海洋平台的振动问题日益突出。随着石油开发向深海进军,平台结构柔性更大,振动问题更为显著,可能对结构、设备及人员造成一定的安全隐患。基于现场监测获得的导管架平台振动响应,结合相关规范给出振动对人体的影响,提出人员感受评价流程。最后,以渤海、南海海域的导管架平台为例,基于现场监测,分析了结构的振动特性及作业人员在相应振动环境下的感受。此方法对导管架平台上部作业人员的工作与安全保障提供了科学依据。

一种调谐质量阻尼器(TMD)等效阻尼力测量方法

建立了结构安装调谐质量阻尼器(TMD)减振装置的力学简化模型,基于Den Hartog给出的经验公式设计参数,提出了一种可以直接测量结构与TMD之间作用力(称为等效阻尼力)的半实物实验新型测试系统.该系统可测试TMD的力学特性,重现在真实环境荷载激励下海洋平台的响应.介绍了该实验系统的原理及等效阻尼力的测量方法,并在正弦位移输入下,对实测的等效阻尼力与计算值进行了比较,发现两者数值大小近似相等,验证了该系统的可行性.

虚拟样机技术在FPSO系泊力监测系统设计中的应用

针对难以直接测量FPSO软刚臂系泊系统受力的问题,在对软刚臂系泊系统运动特性进行分析的基础上,提出基于姿态响应的系泊力间接测量方案,通过测量系统角度变化计算系泊力.用Adams建立系泊系统虚拟样机模型,将通过角度变化计算得到的系泊力与仿真得到的系泊力进行对比,两者吻合较好,验证设计方案的正确性.通过在FPSO现场的实施证明测量方案的可行性.

有限水域水下载器推力模型实验壁面效应研究

推力模型实验是水下机器人推进系统设计的重要基础,但是推进系统实验通常伴随壁面效应产生回流,影响推力模型测试结果。为解决静水水池壁面对推进器推力模型测试的影响,通过理论分析建立水下机器人推进器的静水推力模型,通过实验方法,探究水池后壁面距离对推进器推力模型的影响,使用MATLAB对提取的实验结果进行非线性数据拟合,并给出了考虑壁面效应的推进器推力模型修正方法及水池设计的尺寸估计方法。研究发现,由于后壁面的存在,推进器的推力模型被严重低估。本文研究成果对静水实验水池设计及壁面效应下的水下推进器推力模型测试具有重要意义。

FPSO软刚臂单点系泊模型实验平台设计

以渤海明珠号FPSO软刚臂为例,建立软刚臂实验平台,通过部分相似策略对典型的软刚臂和单点平台进行缩尺。实验平台的模型部分主要由单点平台、软刚臂、系泊支架三部分构成,船形浮体由6自由度平台代替。基于理论分析与现场实测数据,6自由度平台模拟浮体带动软刚臂,实现了大比尺模型实验,克服了在传统的水池实验中软刚臂单点系泊系统全部缩比导致的误差过大问题,为软刚臂的问题分析提供了研究平台。通过软刚臂横摆减振和轴承损伤实验验证了实验平台的正确性和可行性。

新工科背景下海洋技术专业工程训练教学的探索与实践

工程训练是工科院校的重要实践环节。近年来,尽管高校已逐渐重视实践知识的学习和实践能力的培养,但与社会需求及企业期望仍有较大距离。通过简述我国发展新工科的起因,结合大连理工大学海洋技术专业工程训练的现状,阐明当前工程训练仍存在的问题,探索新的海洋技术专业工程训练培养模式。新模式将科学性和实用性相结合,可使学生独立完成从产品研发到加工制造的完整过程,最终实现“校园工厂”式的实践教学改革,所培养学生可满足我国工程教育改革的基本要求。

基于轴承故障诊断的软刚臂模型实验设计研究

针对软刚臂上铰点推力滚子轴承的故障信号易被其他信号干扰的问题,提出了最小熵解卷积(MED)理论,并以明珠号FPSO系泊腿推力滚子轴承为研究对象,设计了大比尺模型实验,模型实验包括单点平台、软刚臂、系泊支架3个部分。试验中,六自由度平台代替浮体做艏摇运动,通过完好的推力滚子轴承与故障的推力滚子轴承加速度信号做比较,对轴承故障进行分析,验证了MED方法的可行性与模型实验的正确性。结论表明,MED方法能很好地突出振动信号的脉冲冲击成分,对轴承工作状态进行初期的诊断识别。同时,考虑轴承诊断的模型装置也为高校的专业教学与科学研究提供了实验平台。

新工科人才培养的基础力学实验室建设与改革

高校实验室不仅是培养高水平人才的摇篮,实验室建设的好坏也决定着研究型高校的发展。然而,我国高校工科人才培养的目标定位尚不清晰,造成实践教学与企业实际脱节太大。在新的产业结构下,我国高校传统工程专业人才培养面临着巨大的挑战。站在新工科人才培养目标高度,做好实验室建设与改革,以大连理工大学盘锦校区基础力学实验室为例,从实验教学内容、实验教学方法、实验教学管理等三个角度,完善基础力学实验室的教学体系,培养学生对实验的热情,增强解决工程实际问题的能力。

抗冰平台TMD吸振实验装置设计

在多数结冰海域,海冰对海洋资源开发的威胁,远比波浪和风的影响大得多。海冰作用在导管架结构引起冰激振动,危害了平台主体结构与上部作业人员的安全。为此,以渤海导管架抗冰平台为例,开发了室内调谐质量阻尼器(TMD)吸振实验装置,通过动力子结构控制实验系统,将虚拟的导管架抗冰平台与TMD吸振实验装置联系起来,实现了TMD的大比尺实验设计,并通过实测的冰力时程数据,验证了TMD质量比为2%的减振效果。该TMD吸振实验装置,不仅可以模拟TMD在不同的质量比、阻尼比以及频率比下抗冰平台的减振效果,也可以模拟建筑结构受风振或地震作用时安装TMD的减振性能,为TMD吸振问题的深入研究提供了基础。

堆石法治理水下管道悬空实验设计

采用石堆保护海底管线是经济、高效的方法,具有广阔的应用前景,难点在于其设计及分析理论不足。模型实验是解决该问题的有力方法。通过对石堆失效原理、几何及物理参数研究和相似性分析,设计了石堆实验模型和实验系统;该系统能够对不同环境下的石堆参数及其失效形式开展室内实验,为水下石堆设计提供了有力工具,同时也能够为高校的专业实验教学和科学研究提供可靠平台,具有重要工程,科研和教学意义。

深水管道S型铺设实验平台设计

为了研究深水管道S型铺设技术及其关键铺设设备设计,该文通过对铺设过程开展相似性理论分析,合理简化铺设系统模型,设计了适用于深水S型管道铺设模拟的实验平台。实验平台由实验模型、控制系统和数据采集分析系统组成。实验平台在室内实现了大比尺模型实验,克服了超深水情况下尺寸跨度大导致的缩比问题,建立了关键设备实验模型,为铺管分析和装备设计提供了研究平台。以HYSY201起重铺管船极限铺设实验为例,验证了实验平台的可行性和有效性。

内胀式吊桩器的吊桩性能

内胀式吊桩器是海上桩基吊桩施工中用到的关键装备,影响施工的安全、质量和成本,其中硬质凸起块是其核心结构。为研究该结构对吊桩性能的影响,文章主要分析硬质凸起块在吊桩过程中与钢桩的作用机理。在此基础上,基于正交试验法,以硬质凸起块对钢桩的锁合比及需要的胀紧力为性能指标,研究硬质凸起块的尖齿张角、尖齿圆直径和钢桩屈服强度对吊桩性能的影响。结果表明:尖齿张角增大会提高锁合比,尖齿圆直径和钢桩屈服强度增大均会减小锁合比;尖齿张角、尖齿圆直径和钢桩屈服强度增大都会增加所需的胀紧力;尖齿张角对锁合比和所需的胀紧力影响最大,其次是尖齿圆直径,而钢桩屈服强度的影响最小。