抗冰平台的冰振疲劳分析

基于现场原型结构的观测,对渤海抗冰导管架平台冰激疲劳寿命估计的必要性进行了分析。结果表明,由于渤海特殊环境条件与油藏分布决定了在该海域设计的导管架平台属于典型的柔性抗冰结构,冰激振动不仅能激起较大的加速度响应,而且引起的交变应力也比较明显,在结构设计中进行疲劳寿命估计是必要的。目前,精确估计冰激疲劳寿命的方法还不成熟,其中冰激励荷载与海冰疲劳环境模型是两个关键问题。结合现场观测,对建立锥体疲劳冰荷载与冰环境参数的研究方法进行了论述,为详细疲劳分析提供了基础。

浮式抗冰平台设计理念及水动力特性研究

钻探极地地区近海石油和天然气资源对移动式离岸钻井平台的水动力性能、抗冰性能和作业性能有着极大的要求。主要介绍了浮式抗冰平台的设计方案,并结合当今最新一款半潜式抗冰平台的设计理念,分别从频域和时域分析的角度与传统的半潜式平台作对比,分析得出其具有优越的水动力性能,垂荡、横摇、纵摇运动响应都优于传统的半潜平台,为抗冰性能分析及其关键技术的研究打下基础,同时也为半潜式平台带来新的设计理念,为浮式抗冰平台的设计建造提供合理思路。

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。

基于现场监测的抗冰平台疲劳寿命估计

基于安全寿命设计方法,根据现场监测得到的资料数据,论述了现役导管架平台冰激疲劳寿命的估算法。应用ANSYS软件建立JZ20-2MSW平台的有限元模型,计算该平台的年平均冰激疲劳损伤,从而得到剩余疲劳寿命,为平台的维修、报废等决策提供了依据。

基于黏聚单元法的抗冰海洋平台与层冰相互作用数值模拟

通过商业有限元软件LS-DYNA采用黏聚单元法模拟层冰的断裂问题,在IIHR冰池模型试验相同缩尺比参数下对KULLUK抗冰平台受到的冰力进行数值计算,探究冰厚与冰速等冰况参数对平台冰力的影响。计算结果表明,在极地作业平台主要遭遇北极海域冰况范围下,相同冰厚情况时冰速变化对倒锥形结构平台的横向冰力影响不大,而同冰速时冰力随着冰厚的增加接近线性增加。同时将计算所得结果与同条件下IIHR冰池模型试验数据、ARCTEC、ACL非冻结模型冰试验数据、实船数据和通过ISO19906规范中提供的针对大锥面结构受到层冰冰力的经验公式计算所得数据等进行了对比,验证了选用冰参数的可靠性以及该数值模型在模拟大尺度宽锥形平台遭受层冰作用问题中的适用性。

抗冰导管架平台动力特性分析

目前的抗冰导管架平台结构设计主要是考虑极限冰力引起的破坏,尚未形成基于动冰力响应分析的结构设计。为了更好研究冰荷载、冰激振动机理以及提出合理的概念设计,冰荷载下抗冰导管架结构的动力特性分析是十分必要的。基于现场冰与导管架结构相互作用的多年观测以及数值模拟研究,分析渤海辽东湾典型导管架结构在交变冰力作用下的动力特性,提出了适于冰荷载研究与抗冰导管架结构概念设计、分析的简化力学模型,解释柔性抗冰导管架结构动力效应显著的原因。

渤海新型抗冰导管架平台研究

根据渤海海洋平台长期现场监测结果,对渤海海域冰与导管架平台相互作用问题进行了系统研究,指出冰激结构振动是目前渤海冰区导管架平台的主要危害。应用冰激导管架平台冰激振动及动冰力研究成果,对新型抗冰振平台设计方案进行了分析。对适用于导管架平台的冰激振动控制装置进行了理论分析与实验研究。在新建JZ20-2NW平台的设计建造中应用了上述研究成果。新建平台现场监测结果分析表明,新型平台比以往平台具有更好的抗冰振性能。

抗冰导管架平台结构动力安全评估

基于现场冰激振动监测资料,论述了抗冰导管架平台进行动力失效评估的必要性,分析了在动冰荷载作用下抗冰导管架平台的动力失效模式,指出动力失效模式主要包括振动失效模式和疲劳失效模式,并介绍了基于现场实测冰力数据建立的直立结构冰力谱的计算方法.作为应用实例,利用ANSYS软件建立了Jz9-3GCP平台的有限元模型,分析了其结构特性,并对其进行动力结构安全评估.此方法对于抗冰平台的设计和安全评估具有一定的借鉴意义.

基于非线性均匀腐蚀理论的抗冰海洋平台疲劳分析

基于非线性的均匀腐蚀模型,对渤海地区的抗冰海洋平台进行疲劳寿命分析,力求充分考虑腐蚀条件对结构动力特性的影响,使设计更加合理化,经济化和安全化,同时根据实测数据对渤海JZ20-2NW平台进行疲劳寿命评估。

基于Hilbert-Huang变换的抗冰导管架平台损伤识别研究

渤海海域的抗冰导管架平台每年冬季都会受到海冰作用从而产生严重的冰激振动问题。对冰振危害进行监测与分析是保障冰区现役抗冰平台安全作业和降低冰害损失的重要研究内容。本文针对导管架结构长期处于冰振情况下结构可能存在隐性损伤的问题,采用Hilbert-Huang变换的方法开展结构损伤识别的研究。首先利用通用有限元分析软件ANSYS对冰荷载作用下的导管架平台模型进行瞬态动力学分析,进而对动力响应信号进行Hilbert-Huang变换,得到信号的固有模态函数(IMF)和Hilbert能量边际谱,最后通过结构损伤前后Hilbert能量边际谱的变化构建损伤指标,分析对比不同损伤程度下该损伤指标的有效性,并探讨海冰的冰速、冰厚对该损伤指标的影响。研究工作可以为寒区导管架结构在冰振情况下的损伤识别研究提供借鉴和参考。

冰激直立腿海洋平台疲劳寿命分析

由于渤海特殊环境条件与油藏分布决定了该海域导管架油气平台属于典型的柔性抗冰结构。多年现场观测发现,该类结构存在显著的冰激振动现象。冰振不仅能激起较大的甲板加速度响应,还会引起明显的导管架管节点交变应力。在结构设计与安全保障中进行疲劳分析及寿命估计是必要的。对于直立腿抗冰结构,精确的冰激疲劳寿命计算方法还不成熟。基于多年的现场监测,首先分析了冰与直立腿抗冰结构相互作用过程;其次,提出了冰激直立腿平台的疲劳寿命分析流程;最后,选取渤海某典型直立腿平台,利用ANSYS数值模拟,对比了稳态冰力和随机冰力下结构的疲劳损伤,进而计算出疲劳寿命。本研究为寒区柔性结构抗冰设计与安全保障提供了理论基础。

冰激自升式海洋平台疲劳寿命分析

自升式平台属于典型的柔性结构,在海冰作用下容易发生冰激振动现象,冰振不仅能够产生较大的平台加速度,引起平台工作人员不适,而且会产生结构的疲劳破坏,因此,寒区自升式海洋平台的冰激疲劳寿命分析非常必要。基于开展的冰与带齿条结构的模型试验,该文首先明确了冰与自升式平台桩腿结构的相互作用形式;其次,提出自升式平台冰振疲劳寿命分析流程;最后,以渤海某典型自升式平台为例,利用ANSYS软件进行冰激疲劳寿命分析。该文的研究对于寒区自升式平台的设计及安全运行具有一定的指导意义。

抗冰导管架平台疲劳可靠性优化

疲劳破坏是海洋工程结构的一种主要破坏形式。对于渤海有冰边际油田,需要在满足冰激疲劳要求的同时考虑平台成本。该文建立了抗冰导管架疲劳可靠性优化模型,利用虚拟激励法并结合兼顾整体和局部的混合有限元模型,实现了复杂管节点冰激疲劳的快速高效分析,并利用对数正态格式计算冰激节点疲劳可靠性。渤海JZ20-2NW平台算例分析表明,通过优化设计可以在满足节点疲劳可靠性要求的同时降低结构重量,可以为冰区海洋平台设计提供参考。