极地半潜式海洋平台在不同环境载荷下的动态响应分析

北极地区拥有丰富的油气资源,在该海域进行油气资源的开发和利用具有巨大的发展前景,但也极具挑战性。当前海洋平台的设计规范并未充分考虑海冰的影响。北极海域存在无冰期和有冰期,为了实现平台全年在海上进行作业,需要联合考虑波浪载荷和冰载荷的作用。本文研究某半潜式海洋平台在波浪、平整冰以及碎冰不同工况下的动态响应,采用势流理论和莫里森方程计算波浪载荷,利用离散元方法求解冰载荷,使用细长体有限元的方法分析锚泊系统,通过非线性时域计算求解得出平台的运动以及锚泊系统受力。结果显示:相较于其他环境载荷,平整冰作用下锚链的张力最大;在较小的海冰厚度、海冰密集度和冰块平均面积下的碎冰区,平台的运动符合现行安全规范。本文的研究可为北极地区油气资源的安全开发提供参考价值。

多种副浮筒结构半潜式海洋平台运动响应分析

海上风电平台作为深海风力发电装置基础平台发挥着越来越重要的作用,深远海海况复杂多变,对平台的抗风浪能力有着更高的要求。本文基于奥特宝风电安装平台设计建立多种副浮筒结构的半潜式海洋平台,通过AQWA软件对其进行水动力分析。得出结论:该平台具有良好的对称性;在低频区间内平台运动响应明显,在高频区间内相对较小,说明平台的基础水动力性能良好;副浮筒高15m的平台频域响应特性优于其他高度的平台,可为以后半潜式海洋平台的设计提供理论依据。

半潜式海洋平台疲劳影响因素分析

在海洋结构物疲劳评估时,频域谱分析法将交变应力峰值分布简单认为是窄带分布,不符合宽带海况特征,疲劳结果往往偏保守。全时域法虽然计算精度高,但整个过程过于耗时,很难应用在实际工程中。本文考虑到时域法和频域法在疲劳评估时各自的缺陷,给出一种时域-频域混合法,运用此方法对某半潜式海洋平台关键节点进行疲劳计算,并分析不同因素对疲劳损伤的影响。结果表明,不同浪向角和短期海况对半潜式海洋平台的疲劳损伤贡献度不同,贡献度大小与评估区域位置有关。所得结论为半潜式海洋平台的疲劳评估提供一定依据和参考。

基于BLF的半潜式海洋平台自适应神经网络容错控制

针对具有不确定性和故障半潜式海洋平台,提出了一种反步自适应神经网络容错控制方法。基于半潜式海洋平台低速状态下的动力定位模型,利用径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络对系统的不确定性集合进行在线逼近,从而对控制器进行补偿;通过设计基于障碍李雅普诺夫函数(barrier lyapunov function,BLF)的自适应律,实现对系统的状态约束;结合反步法设计了一种鲁棒定位与跟踪控制方法。通过稳定性理论证明了该闭环系统是稳定的,仿真结果表明,该控制器能使半潜式海洋平台完成动力定位和故障情况下的轨迹跟踪任务。

基于锚泊系统的半潜式海洋平台系泊缆长度优化方法研究

以工作水深1200m、8缆系泊的半潜式海洋平台为对象,研究其系统定位方法,提出了在风、浪、流联合作用下通过改变泊缆长度来实现平台定位的研究方法。建立反映半潜式海洋平台锚泊系统动力响应的多目标优化模型,通过求解得到船体目标位移与最优系泊缆长度,借助多学科软件iSIGHT,通过开发程序接口,调用水动力分析软件ANSYS/AQWA求解器求解,实现了半潜式平台锚泊系统的结构动力响应优化设计。

基于AQWA的2种立柱结构的半潜式海洋平台水动力特性研究

本文在现役海洋平台结构基础上,设计2种不同立柱式结构的半潜海洋平台。首先,根据2种不同立柱结构平台设计的主要参数,建立平台的三维模型;其次,建立2种平台的水动力模型,在相同的环境载荷下,运用AQWA软件对其进行数值模拟,得到2种平台频域下的水动力运动响应等数据,对比研究水动力的关键因素对不同立柱结构平台的影响;最后,在Ansys/Workbench中对2种平台的运动响应(RAO)进行后处理分析,得到结果与函数曲线吻合,从而为平台试验模型的搭建提供理论基础。

LS-DYNA软件对某半潜式海洋平台发生碰撞的分析

为研究海洋平台在船体碰撞下的力学性能及规律,利用有限元软件LS-DYNA对某半潜式海洋平台在标准船体不同速度下的碰撞进行了分析。为保证精度,在计算过程中加密了碰撞位置的网格密度;为加快收敛速度,增加了该区域网格的质量。根据计算结果,从平均碰撞力、动能-势能转化、最大应力等方面,分析了船体与海洋平台在碰撞过程中的力学规律,比较了所设置的单元材料性能与碰撞失效后的单元应力-应变关系。研究结果表明:船体的动能与海洋平台的弹性势能转换关系良好,海洋平台的整体动能很少,且海洋平台的整体振动能量较弱;在碰撞速度较低时,船体与海洋平台的碰撞力为二次函数关系。

半潜式海洋平台风场模拟及风浪致结构动力效应分析

研究半潜式海洋平台风压风载模拟,分析风浪致结构动力效应。以我国先进的海洋石油981平台为工程背景,运用FLUENT软件进行脉动风作用下结构的非稳态分析,针对平台不同倾斜度,计算不同入射风向角下平台的整体风载荷,确定最不利工况条件。利用ANSYS软件建立半潜式海洋平台主体和锚泊系统的一体化有限元力学模型,数值模拟随机风荷载和随机波浪荷载,计算最不利工况时在风浪荷载联合作用下半潜式海洋平台结构系统的动力响应,分析其动力响应规律,为海洋平台的设计及安全运行提供依据。

基于LS-SVM的半潜式海洋平台动力定位系统广义预测控制

半潜式海洋平台是一个具有大惯性、大时滞特性的非线性对象,会受到来自海风、海流和海浪等环境因素的随机干扰。针对平台的这一特性,本文采用径向基(RBF)核函数最小二乘支持向量机(LS-SVM)来辨识平台的模型,并且结合广义预测算法(GPC),设计出控制器。仿真结果表明,最小二乘支持向量机能够降低计算的复杂度,并且具有较快的计算速度和良好的泛化能力,该方法具有较好的鲁棒性和稳定性。

半潜式海洋平台抗冰性能分析

全球范围内,北极海底油气资源十分丰富。随着钻探技术的进步,加上易开采油气资源变少,北极地区的油气开采已经是势在必行。半潜式海洋平台拥有较强的抵抗极端环境的能力,在冰区不同的冰况下亦可操作。由于冰与不同结构物作用的复杂性,长期以来尚未形成关于半潜式海洋平台在海冰作用下的设计准则。本文通过对典型半潜式平台与海冰相互作用机理与冰载荷模型分析,提出了该类结构在海冰作用下的主要失效模式及评价方法。最后,以我国首座北极海域传统半潜式钻井平台为例,对其抗冰性能进行了评价,明确了半潜式平台在抗冰设计及安全保障中需要考虑的关键失效模式。

基于ABAQUS-CEL半潜式海洋平台模型的建立

随着海洋石油开采向深海发展,半潜式海洋平台依靠其自身的优点成为勘探开采的主要工具之一,本文以"海洋石油981"半潜式钻井平台为参考对象,设计平台主尺寸,合理简化平台主体部件,采用欧拉体模拟海洋流体,在ABAQUS有限元软件中建立平台甲板、立柱、浮体、浮体支撑、欧拉体各部件简化模型,经装配后得到了半潜式海洋平台的有限元模型,并设置了模型各部件的材料属性、各部件间的接触属性与边界条件。

半潜式海洋平台输出反馈终端滑模动力定位系统

针对半潜式海洋平台动力定位系统,通过构造等效输出注入滑模观测器(SMO)以及引入终端滑模控制(TSMC)原理,提出一种输出反馈终端滑模控制方法,运用Lyapunov方法进行稳定性证明。结果表明:SMO方法解决了对船舶速度的估计和来自缓慢变化环境负载的偏差,能过滤掉高频率运动,以避免执行机构的磨损和过度的燃料消耗;设计的输出反馈终端滑模控制算法可保证系统状态在有限时间内稳定到平衡点附近,实现系统的闭环稳定,同时具有很强的鲁棒性。通过仿真结果验证了所设计观测器和控制器的有效性,能够实现复杂干扰下海洋平台的有限时间动力定位和轨迹追踪控制。

基于AQWA的南海半潜式海洋平台系泊系统破断分析

本文基于三维势流理论,针对南海海域工作的某半潜式海洋平台,运用水动力分析软件AQWA进行频域分析和时域分析,得到不同环境下海洋平台的附加质量、兴波阻尼系数等水动力系数以及各自由度的幅值响应传递函数。在此基础上,考虑风浪流对海洋平台的联合作用,以及系泊系统与海洋平台之间的耦合作用,在时域内研究了海洋平台在南海百年一遇极端海况下的运动响应及系泊缆绳的张力,分析系泊破断时平台运动响应和缆绳张力的变化情况,分析结果可为南海海域半潜式海洋平台的初步设计提供相应的科学依据。

半潜式海洋平台受浮冰撞击作用损伤分析

基于von-Mises屈服准则的冰材料模型,采用非线性软件Ansys/LS-DYNA建立某半潜式海洋平台受浮冰撞击的有限元模型。给定浮冰某一初始动能,从浮冰和海洋平台的耗能情况和平台立柱碰撞区域应力应变的关系分析平台的损伤状况,得出平台变形是主要的耗散能量的部分,并讨论碰撞过程中结构变形和平台振动响应的关系。最后通过不同的初始动能下碰撞研究,获取了平台碰撞力和初始动能的关系,随着动能的增加,碰撞力也随着变大,但是增加的趋势却越加平缓。

基于低通滤波器的半潜式海洋平台滑模控制器设计

针对半潜式海洋钻井平台动力定位问题,在滑模控制的基础上,将等效切换控制方法与滤波器结合,设计了一种基于低通滤波器的等效切换滑模控制器,并用Lyapunov方法证明了控制系统的稳定性。仿真结果表明控制系统具有良好的控制品质及响应特性;低通滤波器有效抑制了控制器输出抖振,控制系统的实际控制力矩输出较为平滑,减少了海洋平台推进器的能耗。

半潜式海洋平台肘板中超声导波传播规律研究

半潜式海洋平台肘板连接处裂纹属于典型的变厚度板裂纹,导波在变厚度板中的传播规律非常复杂,为解决肘板连接处裂纹检测的问题,本文拟通过数值计算和仿真的方式探索超声导波的传播规律。在仿真软件中建立肘板节点模型,在肘板上以及X轴方向布置传感器,进行单点激励多点接收信号,通过监测不同距离处的波动情况、导波模态转化和幅值变化等,总结变厚度肘板在有无裂纹情况下导波的传播规律,得出导波在包含裂纹的肘板中幅值和波达时刻发生改变,但传播规律不变的结论。

半潜式海洋平台阻力预报数值模拟分析

基于STAR-CCM+,采用k-ε湍流模型对半潜式海洋平台进行三维数值模拟,计算海洋平台及压强分布,并通过与实验结果对比对本文算法进行验证。在此基础上,分析不同来流方向和不同来流速度下平台的阻力及表面压强的变化规律。结果表明:平台阻力受“遮蔽”效应和迎流面面积的影响较大;在相同来流速度下,不同方向的平台阻力随流向角度增大;相同来流方向下,平台阻力随着来流速度的增大而增大。

基于半潜式海洋平台的建造研究

海洋石油勘探开发需要大型钢质结构的移动式钻井平台、浮式生产储油船、铺管船等。这些结构物由船舶行业制承建,使船舶行业制的业务延伸至新的方向。本文以小型半潜式试验平台为例,采取实地调研的方式,重点介绍了的拖带锚泊方法,并探讨了平台建造的有关对策,旨在提高海洋工程的建造项目水平。

H-ADCP在半潜式海洋平台中的可维护布置

针对H-ADCP在海洋工作环境中不易周期性维护的问题,提出了可维护式布置方案,很好地解决了H-ADCP在海上的维护问题,从而达到了降低维护成本的目的。

北极海域半潜式海洋平台结构抗冰性能优化设计

针对冰载荷对海洋平台的影响远大于波浪载荷的情况,对比优化前后的半潜式海洋平台在平整冰和碎冰分别作用下的动态响应。采用离散元方法计算冰载荷,对平台立柱不同角度锥体结构所承受的冰载荷和平台的运动进行了比较,得出以下结论:立柱锥体结构相较于圆柱体结构具有更好的抗冰性能。在平整冰的作用下,倒锥体结构受到的冰载荷小于正锥体结构;而在碎冰的作用下,二者没有明显的优劣之分。最终选定了55°锥角结构进行结构优化设计,优化后平台的纵荡和纵摇均小于优化前的平台。优化结果可为在北极地区进行油气开采的海洋平台设计提供参考。