非对称开孔沉箱式防护设施撞击损伤试验研究

圆筒式沉箱设施作为水下生产系统的新型防护结构,其在落锚撞击作用下的损伤问题,是工程领域和学术领域长期关注的焦点与难点。通过模型试验方法,对特殊的非对称开孔沉箱式防护设施撞击损伤特性进行研究,选用渤海通航区某水下生产系统沉箱式防护设施和该设施所在海域落锚作为原型,通过量纲分析,以撞击速度为主要相似性参数,确定了1∶11的模型试验相似比,对沉箱式结构和落锚进行缩比尺模型试验。重点关注落锚速度、落锚质量和撞击位置对非对称开孔沉箱式防护结构的损伤影响规律。研究结果表明:开孔附近区域,撞击能量主要以挠曲变形形式耗散,也通过振动形式耗散,撞击产生的损伤以挠曲变形为主,损伤程度较为严重;距开孔区域较远位置,撞击能量主要以振动形式耗散,撞击产生损伤以凹陷变形为主,损伤程度较小。

耐压圆柱壳开孔采用非对称围壁加强解析解与有限元解对比分析

单壳体水下航行器开孔加强结构由于受到外形限制,往往需采用非对称围壁结构进行加强,传统解析解给出了对称围壁加强的计算方法,但其是否适应于单壳体水下航行器单边加强(加强围壁外伸部分非常短)的结构有待研究。本文针对典型单壳体开孔非对称围壁加强结构,开展解析解分析与有限元仿真分析的对比研究。通过调整非对称围壁相关参数,对比解析解与有限元解的圆柱壳开孔孔边中面周向应力与围壁中面周向应力值,分析围壁不同参数对于孔边应力集中的影响规律,对解析解与有限元解偏差原因进行了探讨,为工程设计提供参考。

非对称围壁加强对耐压圆柱壳孔口应力影响分析

由于单壳体水下航行器开孔加强结构受到外形限制,需采用非对称的围壁进行加强。本文采用数值分析方法,建立典型单壳体开孔非对称围壁加强结构有限元模型,开展仿真分析研究。通过调整非对称围壁高度,对比分析圆柱壳开孔孔边应力值,研究不同高度围壁对于孔边应力集中的影响,获得了非对称围壁加强结构的应力变化趋势,并与对称围壁加强结果进行对比,探究了适用于非对称围壁加强的设计方法,为以后工程设计提供技术支撑。

撞击载荷作用下水下沉箱防护设施损伤分析

面对通航区很可能发生的船舶抛锚、落物以及沉船等事故造成的危险,使用新型沉箱防护设施对水下生产系统进行安全防护,但目前撞击载荷下沉箱防护设施的安全评估标准并无明确界定。采用有限元方法对水下生产系统沉箱安全防护设施的撞击损伤进行了深入研究,考虑不同落物形状、下落速度、落物质量、碰撞位置对沉箱防护设施撞击损伤的影响。结果表明,锚、长方体落物对沉箱撞击最严重;撞击速度和落物质量与撞击应力成正比;对于非对称开孔的沉箱顶盖,距离开孔较近区域为应力敏感区,受到撞击时撞击应力较大。