海洋平台圆管构件抗撞性能数值分析

为了揭示海洋平台结构在碰撞过程中的损伤变形机理,基于刚性楔形撞头撞击单根圆管构件场景,运用LS-DYNA软件分析撞击过程中碰撞力、能量和塑性变形等动态响应特征,并在此基础上分析结构几何尺寸参数的改变对圆管结构抗撞性能的影响,为海洋平台圆管结构抗撞性能设计提供参考。     

气体钻井钻柱动态应力特征

气体钻井的循环介质为气体,黏滞效应远小于泥浆,因此气体钻井钻柱的失效情况比较严重。针对具有超细长比特征的全井钻柱,加入钻柱与井壁的碰撞模型,运用有限元节点迭代法,通过对碰撞冲击应力条件下气体钻井与泥浆钻井的动力学特性分析对比,探讨了气体钻井钻具的失效机理。分析表明,气体钻井的涡动频率和涡动速度明显高于泥浆钻井,气体钻井时钻柱与井壁的碰撞更为频繁且冲击应力比泥浆钻井更大,成为导致其钻柱失效的主要因素之一。     

穿刺工况自升式平台动力灾变特性

针对穿刺引起的自升式平台结构损伤问题,系统研究其动力灾变行为。考虑损伤积累对刚度衰减影响提出构件失效准则,在定义结构抗力和地基抗力基础上提出穿刺工况下平台结构失效准则,以121 m桁架式自升式平台为研究对象,考虑构件损伤演化及桩土动力耦合作用建立平台整体分析模型,并从入泥承载力、损伤影响、约束条件3方面验证了模型适用性;进一步基于整体失效准则开展穿刺工况下平台动力灾变演化模式研究。结果表明：构件损伤演化降低了平台极限承载能力并影响其整体灾变演化规律,CEL法可以有效模拟复杂土层桩土动力耦合作用;穿刺工况下平台失效模式受结构抗力和地基抗力共同影响,其演化规律为未穿刺桩腿与桩靴连接区域杆件由于船体倾斜产生较大弯矩发生塑性变形,随着穿刺深度的增加进一步演化为上下导向块区域桩腿杆件屈曲变形,这与穿刺工况下观察到的桩腿失效模式一致。     

冰载荷作用下船首结构碰撞数值仿真计算与分析

基于渤海海冰的力学统计资料,以典型散货船为研究对象,应用MSC.Dytran大型有限元软件对3种不同形状的冰体与船首结构碰撞的动态响应进行了非线性有限元计算。比较分析了3种方案下船首结构的损伤变形、碰撞力以及各构件的能量吸收,获得了在不同形状的冰体碰撞下船首结构的失效损伤规律及能量吸收机制。     

钻头与井壁碰撞模型的建立及分析

钻井过程中 ,钻柱的振动使钻头与井壁产生的碰撞是钻头和钻柱早期失效的主要原因。通过建立钻头与井壁的碰撞模型 ,将碰撞简化为两个圆柱筒之间的碰撞 ,利用冲量定理和实验方法获得的钻头与井壁碰撞时的恢复系数及钻头碰撞前的速度 ,可计算出钻头与岩石碰撞后的速度和碰撞时产生的碰撞力。摸清钻头与井壁之间的碰撞规律 ,为有效预防钻头与钻柱的早期失效 ,预测井眼轨迹 ,有效提高钻井效率提供了理论依据     

海上钻修机结构裂纹安全性评估

基于BS 7910 2A级评估原理,对某海上钻修机钻井支持模块进行断裂评估。鉴于有限元方法能够大幅提高计算失效评估图评定参数的准确度,采用ANSYS软件子模型技术和奇异单元构造裂纹精细有限元模型,通过节点位移插值计算裂纹尖端应力强度因子,应用路径映射对应力进行线性化求得薄膜应力和弯曲应力,从而完成缺陷构件的失效评估图评定,结果表明：该钻修机钻井支持模块含裂纹构件的评估点位于失效评估曲线内侧,安全因数为1.51,结构能够继续安全服役。所用方法可为含裂纹缺陷的海洋结构物的安全评估提供参考。     

导管架平台极限承载力的有限元解法

以某一简化的四桩腿对角型导管架平台为例,利用大型有限元非线性软件ABAQUS的AQUA模块进行波浪力和流力计算,并进行非线性倒塌分析(Nonlinear PushoverAnalyses)。分别计算了四种不同工况下平台在完整模式下和单个构件失效后的极限承载力以及单个构件失效后平台结构的剩余强度系数,以分析单个构件失效对导管架平台极限承载力的影响,为导管架平台的结构整体安全和风险评估提供一种准确而行之有效方法。     

张力腿平台钻井支持模块结构有限元分析

为了对张力腿平台上部钻井支持模块进行较为精准的结构有限元分析,必须采用合理的方法模拟张力腿平台的运动对上部模块产生的影响。为此,采用SEASAM软件建立张力腿平台的水动力分析计算模型,通过计算得到张力腿平台X、Y、Z这3个方向的极值加速度和加速度时程曲线。采用ANSYS软件建立该平台上部的钻井支持模块结构有限元模型,以对结构施加惯性力的准静力方法来考虑平台运动对上部模块产生的影响,通过对比分析论证了准静力方法的合理性。最后使用准静力方法对各工况下的钻井支持模块进行结构有限元分析,得出上部钻井支持模块的结构强度和变形均满足要求。研究结果可为张力腿平台上部模块结构设计提供研究思路。     

板-梁耦合技术在自升式海洋平台碰撞分析中的应用研究

该文基于非线性有限元软件ABAQUS,针对自升式海洋平台结构特点,提出了"板-梁"耦合技术,用以简化建立自升式海洋平台的结构模型。以平台典型的单K和双K节点为研究对象,基于"板-梁"耦合模型及板壳模型分析了其碰撞性能,同时比较验证了"板-梁"耦合技术的可靠性。研究结果表明,"板-梁"耦合模型在碰撞冲击载荷下的结构损伤变形、碰撞力和能量吸收等动态响应与板壳模型结果一致性较好。该文研究成果可以为大型平台结构整体碰撞性能分析提供技术支撑。     

深水钻井管柱系统动力学分析与设计方法研究

深水钻井过程中,从平台延伸到井底的钻柱会在不同深度处与隔水管或井筒发生多点碰撞和摩擦,呈现出接触非线性特征。为了准确掌握深水钻井管柱系统的非线性动力学特性,将其简化为管中管结构,并提出了对应的管柱动力学模型。采用Abaqus有限元软件,对建立的管柱动力学模型进行动态响应模拟,并将模拟结果导入Isight优化软件,进行基于可靠度分析的多目标优化设计,确定出在工程可行性和安全可靠性方面都满足要求的设计参数组合。研究发现,相比于单独考虑隔水管的模型,提出的管中管模型所模拟的管柱系统整体变形程度较小,说明内外管柱之间的相互作用对深水钻井管柱系统的整体偏移有抑制作用;此外,提出的基于可靠度分析的多目标优化设计方法,可以避免优化设计结果因靠近约束边界而在参数波动情况下失效的问题。      

可燃气体爆炸载荷作用下海洋平台舱室结构动态响应的数值模拟研究

采用大型有限元软件MSC.DYTRAN,对泄漏气体爆炸载荷进行数值计算,并对辽河作业一号海洋平台某舱室结构在爆炸载荷作用下的动态响应进行了数值模拟研究。分别从结构的变形失效形式和构件能量吸收等方面研究了海洋平台舱室结构在可燃气体爆炸载荷作用下的破坏机理和响应特征。     

含表面裂纹X80管道的失效控制参量及计算

采用有限元(FEA)方法对高屈强比X80管线管在含表面裂纹情况下的服役行为进行了模拟分析。计算结果表明,表面轴向裂纹的存在使得钢管环向变形急剧增加,且裂纹尺寸越大,影响效果越明显。材料的失效取决于环向变形与裂纹尖端J积分两个影响参量的竞争关系,通过绘制该两个影响参量之间的竞争图谱可以把服役过程分为三个区域,分别是安全区域、J积分控制失效区域和环向变形控制失效区域。该失效图谱对于深入理解X80管线管在实际服役下的失效行为及其控制参量将具有借鉴作用。     

海洋导管架平台碰撞动力分析

利用ANSYS/LS-DYNA程序可以进行结构动力大变形、复杂非线性准静态问题以及接触、碰撞问题的分析。尝试采用ANSYS/LS-DYNA显式方法建立船舶与导管架平台的碰撞动力分析模型,利用自动接触算法,得出了不同情况下碰撞过程中能量转变和平台上层甲板中心动力响应规律,以及碰撞点最大Von mises应力和变形,并验证了所分析结果的准确性。利用本文分析方法可以对海洋工程构件碰撞损伤程度进行预测;本文分析结果可为平台设计和损伤评估提供参考依据。     

油气爆炸冲击载荷作用下海洋平台结构响应及风险研究

采用大型通用有限元软件MSC/DYTRAN,对歧口QK18-2海洋平台舱室结构内部密闭空间内爆炸载荷作用下变形和破坏的情况进行数值模拟研究,从结构的变形失效和构件能量吸收等方面对海洋平台的典型舱室结构在不同加强方式下的动态响应进行数值仿真计算,并依据TNT当量法对该海洋平台某舱室进行了油气爆炸后的风险计算.     

基于可靠度的导管架海洋平台结构优化设计研究

根据导管架平台结构可靠性指标及功能要求的不同,建立了基于构件可靠度的平台优化设计模型和基于体系可靠度的平台优化设计模型。探讨了导管架平台结构主要失效模式和平台结构期望失效费用的确定方法,对平台构件及结构体系可靠性指标进行了灵敏度分析,给出了平台结构可靠性优化设计流程。以胜利油田埕北11号井采油平台为例进行可靠性优化设计,并与确定性优化设计结果进行比较,算例结果显示确定性优化设计很难对平台结构的风险水平加以控制,基于体系可靠度的平台优化设计能在平台结构的安全性与经济性之间选择一种合理的平衡,使平台的设计风险透明化,力求以最小的投资风险,使平台完成预定的功能,获得最大的经济效益,因此,进行可靠性优化设计是非常必要的。     

气体钻井地层自然造斜力计算研究

气体钻井循环介质为气体,井底压力很小,井底岩石受力状态及对井底钻头及岩石的冷却性能等差异,造成岩石破碎方式与常规钻井液钻井的差异。常规钻井液钻井中地层造斜力的求取与气体钻井必然存在差异。以岩石力学为基础,分析了气体钻井破岩机理,认为气体钻井破岩机理不同于常规钻井液钻井,井底岩石破坏方式为体积破坏;建立了气体钻井地层造斜力的计算模型,实例计算表明该模型可用于气体钻井地层造斜力的求取,     

钻杆失效中流场诱导因素模拟分析

在油气井钻井过程中,约有60%的钻柱失效都与钻井液有关,其中突发区域为加厚过渡带。准确分析管内流体流动对钻杆的影响,以便找到钻杆失效的关键因素。采用有限体积法的数学模型对不同结构尺寸和不同钻井液流速条件下的钻杆内流场进行了模拟,获得了不同条件下的压力场分布。计算结果可以为优化钻杆尺寸、合理选择钻井液流速工艺提供一定的参考。     

固桩区桩腿加筋的高精度有限元分析

针对自升式钻井平台固桩区域桩腿桩壳结构承受局部较大水平力的受力特点,选用ＮＡＳＴＲＡＮ求解器对该区域结构进行高精度有限元模型应务分析,并对不贩加筋方案作了一些定性定量的分析对比,其结果可对设计和审图上人有一定的参考价值。     

海洋平台Y型管节点静力强度研究

在海洋平台结构中,管节点是关键部位。以典型Y型管节点为例,采用有限元法,研究Y型管节点的静力强度。利用ABAQUS建立某海洋平台某Y型管节点有限元模型,通过施加一系列不同的载荷,计算得到Y型管节点失效时所承受的载荷。基于ABAQUS计算该Y型管节点在承受轴向拉伸、平面内弯曲和平面外弯曲载荷时构件发生失效的应力情况,发现构件失效时,所承受的轴向拉伸载荷为1 430 kN,平面内弯曲和平面外弯曲时弯矩载荷分别为37.28 kN·m和17.69kN·m。敏感性研究通过改变弦杆的壁厚,计算得到该Y型管节点在承受外部载荷一系列最大应力和变形值。研究表明,随着弦杆壁厚的增加,Y型管节点的应力和变形值减小。     

老龄平台定量风险评价

针对目前大量海洋平台进入老龄期的现状,文章结合胜利油田海洋采油厂埕岛A平台进行定量风险评价,并进行重要度分析。研究基于事故树的老龄平台定量风险评价方法．分析平台失效原因：采用ANSYS软件中可靠性设计模块计算基本事件中静强度和疲劳强度失效事件的发生概率：根据平台上人员工作时间及逃亡概率计算失效后果．并依据它定量计算平台风险：采用ALARP准则进行风险评价：根据失效事故树与发生概率对10个基本事件结构重要度、概率重要度和关键重要度进行分析。研究表明．埕岛A平台个人风险处于最低合理可行的ALARP区域;极限荷载作用对老龄平台失效的影响最大．但其本身发生的概率不大,而平台构件名义应力失效、管节点冲剪失效以及构件疲劳失效不但对平台失效概率敏感性高．而且本身发生的概率也较大。