S-Spar平台方案设计及水动力性能研究

针对我国南海特殊的环境条件,结合Classic Spar和Truss Spar平台的优点,设计了一种新型Spar平台——S-Spar平台。S-Spar平台采用圆柱形中央井壁连接软、硬舱,并在连接段的中央井外设置了垂荡板:能够有效避免立管等设施因内波高流速引起的严重的涡激振动,还可以安装更长的浮筒,提供较大的顶张力,因而能适应更大的作业水深。以南海1 500m水深环境条件进行了方案设计和水动力研究。S-Spar平台的有效载荷与Truss Spar平台相当,其圆柱形中央井的承压能力优于Truss Spar平台方形截面中央井;S-Spar平台纵荡、垂荡和纵摇运动的固有周期都远离南海波浪周期范围,且避开了纵摇的不稳定区,因此具有良好的运动性能,适合在南海海域使用。

基于AQWA的S-Spar平台动力响应分析

为了研究深水极端海况下带螺旋板的S-Spar平台的动力响应性能,基于三维势流理论和波浪的绕射/辐射理论,结合水动力分析软件AQWA,在频域内计算了单位波幅规则波作用下螺旋板导程分别为120 m、90 m和60 m的平台的动力响应,得到平台的附加质量、阻尼和运动RAO等水动力参数;基于频域分析结果 ,考虑随机波浪荷载及风、流的共同作用和系泊缆是否破断的工况,计算了系泊于1 500 m水深的螺旋板导程为120 m的平台在极端海况JOHNSWAP谱作用下的动力响应,并与不带螺旋板平台的动力响应进行了对比。分析结果表明:不同螺旋板导程的平台垂荡方向上的附加阻尼差异较大;在极端海况下,螺旋板导程为120 m的S-Spar平台的运动响应满足要求;螺旋板存在时会大幅增加平台的首摇运动幅值,忽略螺旋板可能会高估平台的首摇运动性能;不带螺旋板的平台的系泊缆张力幅值偏大,忽略螺旋板可能会高估系泊缆的极限张力。

新型S-Spar概念设计及时域动力响应分析

本文概念性地提出了新型Spar平台S-Spar用于深水和超深水海洋油气开发。S-Spar连接软舱和硬舱的是和中央井同尺寸的圆形立柱。有别于传统的经典Spar和Truss Spar,S-Spar有一个细长的中间段,垂荡板安装在中间段增加垂荡阻尼的同时,封闭的中段可以保护立管免受波流荷载。文中介绍了S-Spar的基本概念,进行了频域和时域耦合动力响应分析,并进行了S-Spar连接的顶张式立管的动力响应和VIV疲劳分析,将计算结果和Truss Spar的计算结果相比较,结果显示新型S-Spar能改善平台的水动力性能,同时封闭的中央井对立管起到很好的保护作用。

S-spar平台垂荡板数目确定及立管系泊系统耦合分析

考虑到目前S-spar平台垂荡板数目是参考Truss Spar平台3块垂荡板的设计,而未结合平台本身特性进行深入研究,因此基于SESAM对S-spar平台进行频域分析,确定S-spar平台采用4块垂荡板更为合适。在4块垂荡板的S-spar平台频域分析的基础上,对系泊系统及立管进行耦合分析,对比有无立管情况,发现考虑立管后平台各自由度上运动显著减小。为解决立管张力过大的问题,在立管上安装浮子,讨论浮子位置、浮子浮力对立管张力的影响,确定安装500 k N的浮子在距立管悬垂段距顶端65%处为最优方案。

平台涡激运动造成的立管疲劳损伤研究

针对Spar平台的运动特性,结合立管的结构参数,利用有限元分析软件对平台运动所产生的立管的应力幅进行了计算;并利用S-N曲线、Palmgren-Miner累积损伤准则以及应力集中系数,对平台运动所引起的立管疲劳损伤进行了分析。

某型无人机碳纤维复合材料翼梁安全寿命预估

提出了一种无人机机翼碳纤维复合材料翼梁安全寿命预估的方法;首先进行了某型无人机静平衡飞行时的有限元分析,获得了碳纤维复合材料机翼的应力分布及应力集中区域;基于地面数据终端的遥测帧数据提取无人机基本飞行参数,在合理假设基础上推导了无人机机体迎角、侧滑角计算公式,再利用动力学方程反演无人机在机动载荷下的重心过载谱,进而结合机翼编制了机翼在各飞行剖面下的应力谱;然后,设计了机翼翼梁碳纤维复合材料试样,开展了试样的静力试验与疲劳试验,拟合得到了机翼翼粱碳纤维复合材料的S-N曲线;最后,基于Miner线性损伤累积原理,完成了某型无人机机翼翼梁的安全寿命评估;文章方法基于无人机地面数据终端的遥测帧数据进行翼梁应力谱编制,简单便捷,特别适用于中小型无人机装备过载谱的获取。

群决策下SPAR-H方法不确定性信息建模与处理

考虑到标准化核电厂风险分析-人因可靠性分析(SPAR-H)方法中存在不确定性信息且无法处理多位专家参与评估的情况,本研究提出了一种群决策环境下基于层次分析法(AHP)和Dempster-Shafer(简称D-S)证据理论的SPAR-H不确定性信息建模与处理方法。首先,通过AHP计算每位专家的权重;其次,基于D-S证据理论表达专家意见中不确定信息并生成基本信度指派(BBA);然后,结合专家权重获得加权融合BBA,通过Dempster组合规则融合评估意见并生成8种行为形成因子(PSF)取值;最后,依据SPAR-H方法生成最终人因失效概率(P_(HEP))。本研究以停堆和低功率工况下数字化核电厂为例说明了该方法的有效性。