塔架式单点系泊系统中软钢臂结构强度和疲劳分析

阐述从系泊时域分析结果中筛选极端工况软钢臂结构设计载荷的方法,采用考虑惯性释放的有限元算法计算结构应力的过程,并推荐结构强度和稳定性校核的接受衡准。根据疲劳载荷长期分布,采用有限元方法计算相关各疲劳载荷对应的疲劳应力因子,进而求得所有位置疲劳应力的长期分布,采用确定性疲劳分析方法计算疲劳寿命。     

基于实测波频数据的海洋核动力平台多体动力特性评估

基于现有的渤海浮式生产储卸油装置（Floating Production Storage and Offloading,FPSO）实测数据,开展海洋核动力平台（Marine Nuclear Power Platform,MNPP）定位系统多体动力特性分析。建立MNPP定位系统的多刚体动力学模型,通过MNPP与渤海某FPSO的响应幅值算子（Response Amplitude Operator,RAO）,计算FPSO船体实测数据与MNPP响应的比例系数;根据FPSO船体实测数据计算MNPP 六自由度数据,并采用经验模态分解（Empirical Mode Decomposition,EMD）方法保留原始数据的波频成分,在此基础上计算定位系统的系泊回复能力和各铰节点的受力行为。通过与FPSO软刚臂系泊系统受力状态进行对比分析,验证MNPP定位系统在实测海况下设计的合理性。可为MNPP系泊结构设计和安全运行提供科学的分析手段。     

悬链式单点系泊锚链疲劳强度分析

悬链式单点系泊系统作为近岸油气装卸终端,长年受到风浪流等环境载荷的作用,系泊链等关键部件极有可能产生疲劳破坏。该文基于系泊系统的疲劳分析理论,结合CALM的作业特征及其作业海域波浪散布图,通过时域耦合动力分析,确定了各工况下系泊链的张力响应,并基于T-N曲线和疲劳累计损伤原理,采用雨流计数法对系泊链进行了疲劳损伤计算。通过实例对系泊链节点及整个系泊系统的疲劳强度进行了分析,得到的结论可为系泊系统的长期安全性评估提供重要参考。     

浅水环境下典型外单点系泊系统的特性分析

针对浅水环境下典型外单点系泊系统的结构特性,建立悬链锚腿式系泊系统(Catenary Anchor Leg Mooring System,CALM)、单锚摇臂式系统(Sal Yoke System,SYS)、水上软刚臂式系泊系统(Soft Yoke Mooring System,SYMS)3种单点系泊系统和浮式生产储卸油装置(Floating Production Storage and Offloading,FPSO)船体的多体水动力模型。基于船体与外单点系泊系统的时域耦合分析算法,综合考虑风、浪、流载荷的影响,计算得到FPSO的运动响应和外单点系泊系统所受载荷,统计和比较各单点系统的系泊性能和特点,为浅水环境下外单点系泊系统的设计研究提供理论依据。     

修井动力水龙头疲劳有限元分析方法研究

基于Palmgren-Miner疲劳损伤累加理论,提出了一种与动力水龙头工作实际相符的疲劳寿命有限元分析方法。在考虑应力集中、零件尺寸、表面条件、腐蚀状态及载荷变化影响的基础上,确定了满足FEM 1.001规范的材料S-N曲线计算和修正方法。以提环为研究对象,采用该方法进行疲劳寿命有限元模拟。结果表明,提环疲劳寿命值高于动力水龙头服役周期工作总次数,提环疲劳寿命满足设计要求。     

基于确定性规则波法的CALM系统锚链疲劳强度分析

CALM型单点系泊系统作为原油装卸终端通常通过悬链式锚链固定在特定海域,锚链在风、浪、流等载荷作用下很容易产生疲劳破坏,合理确定锚链的疲劳寿命至关重要。以某30×10~4t的CALM系统为例,首先基于Longuet-Higgins分布对其所在海域的波浪散布图进行离散,得到了规则波散布图,最后采用确定性规则波法对锚链疲劳损伤进行了评估。通过实例分析,给出了基于Longuet-Higgins分布的波浪散布图离散为规则波的一般方法,提供了采用确定性规则波法进行锚链疲劳损伤的分析流程。该方法具有计算速度快、占用资源少的优点,可为系泊锚链的疲劳评估提供参考。     

基于空气动力-水动力耦合分析的SPAR基础浮式风机系泊系统疲劳分析

以OC3 Hywind SPAR单立柱基础形式浮式风机为研究对象,基于非线性空气动力-水动力耦合时域算法,对该浮式风机在中国南海北部某海域风浪流共同作用下的系泊系统疲劳响应特性展开研究,对比钢链、钢缆的疲劳响应特性以及定常风与湍流风模型对浮式风机系泊系统疲劳特性的影响。计算结果表明:在条件一致的情况下,钢缆疲劳性能优于钢链;系泊系统疲劳累积损伤主要来自于风机运行工况,开机、关机以及故障工况的贡献较小但不应忽视;与湍流风相比,采用定常风进行浮式风机系泊系统疲劳分析将得到偏于危险的结果。建议在系泊系统设计阶段充分重视系泊缆材质的选择,采取湍流风模型开展系泊系统的疲劳设计以保证浮式风机运行安全。     

本期导读

正海洋工程OFFSHORE ENGINEERING CALM型单点系泊系统作为原油装卸终端通常通过悬链式锚链固定在特定海域,锚链在风、浪、流等载荷作用下很容易产生疲劳破坏,合理确定锚链的疲劳寿命至关重要。"基于确定性规则波法的CALM系统锚链疲劳强度分析"一文,以某30×10~4t油船的CALM系统为例,首先基于Longuet-Higgins分布对其所在海域的波浪散布图进行离散,得到了规则波散布图,最后采用确定性规则波法对锚链疲劳损伤进行了评估。通过实例分析,给出了基于Longuet-Higgins分布的波浪散布图离散为规则波的一般方法,提供了采用确定性规则波法进行锚链疲劳损伤的分析流程。该方法具有计算速度快、占用资源少的优点,可为系泊锚链的疲劳评估提供参考。     

秦皇岛32-6油田单点系泊系统的特点

秦皇岛32-6油田单点系泊系统是一种系泊塔软刚臂结构。该系统可以系泊储油15万t的浮式生产储油装置,并提供浮式生产储油装置与油田内6个井口平台间的油水通道。单点系泊系统的电滑环将浮式生产储油装置主电站发出的10.5 kV的高压电送往各个井口平台。单点系泊系统包括一个固定于海底的系泊塔和连接浮式生产储油装置与系泊塔旋转甲板的软刚臂。该系统可以在100年一遇环境条件下保持浮式生产储油装置随风浪方向变化,实现绕系泊塔自由旋转。     

FPSO火炬臂疲劳分析

以南海某FPSO上的火炬臂设计为例,通过有限元软件分析计算火炬臂拐点位置的应力集中因数;基于谱疲劳分析方法,通过船体运动RAO数据以及波浪散布数据分析计算船体运动产生的疲劳;通过风速与风向的联合概率分布,确定威布尔分布双参数,计算火炬臂结构的风激疲劳;将船体运动疲劳损伤与风激疲劳损伤叠加,计算出火炬臂结构的最终累积疲劳损伤。该方法可为今后FPSO火炬臂结构的疲劳分析提供参考。     

钻杆接头多轴疲劳寿命

在实际钻井过程中,钻杆接头以螺纹连接处的疲劳破坏为主,导致钻井成本显著增加。现有对钻杆接头的研究主要集中于钻杆接头的静力学特性分析,少有涉及钻杆接头的疲劳破坏的研究。基于虚功原理、Von Mises屈服准则及接触非线性理论,考虑螺纹升角的影响,建立了钻杆接头的三维有限元计算模型,分析了钻杆接头的上扣特性及其在复合载荷作用下的力学特性。基于材料S-N曲线,综合考虑尺寸系数、应力集中系数、表面加工系数及表面强化系数的影响,确定了钻杆接头的弯曲疲劳S-N曲线理论模型,通过对比验证建立了满足工程要求的钻杆接头疲劳有限元计算模型。运用多轴疲劳算法,计算了钻杆接头在复合交变载荷下的疲劳寿命,分析了残余应力和表面质量对疲劳寿命的影响。研究结果表明,在上扣扭矩或复合载荷作用下,钻杆接头最大Mises应力均出现在公扣第1有效啮合螺纹牙根处;弯曲井段API钻杆接头的疲劳寿命较小,建议开发适合超深井、水平井、大位移井及大斜度井的专用钻杆接头;残余应力与表面质量对钻杆接头的疲劳寿命影响较大,在钻杆接头螺纹根部引入可控的残余压应力和改善表面质量可以大幅提高其疲劳寿命。     

一种钻杆累积疲劳的预测方法

钻杆在服役过程中承受着苛刻的工作环境和复杂的交变载荷,这些易导致钻杆的疲劳失效。在定向钻井中,累积疲劳是钻杆发生故障的常见形式。传统理论认为,钻杆疲劳破坏的主要原因是由于钻杆在弯曲井眼中旋转时发生周期性交变弯曲应力所致。在前人研究的基础上,分析了钻杆在交变弯曲应力和拉应力共同作用下的交变应力状态,并基于损伤容限设计的假设,结合Paris疲劳裂纹扩展模型和Miner累积损伤理论,提出了一种基于疲劳裂纹扩展的钻杆累积疲劳程度预测方法,并给出了算例,指出该预测方法在钻杆管理方面的作用。     

深水半潜式钻井平台典型节点谱疲劳分析

应用辐射／绕射理论计算平台遭受的水动力载荷,将水动力载荷传递给深水半潜式钻井平台总体有限元模型,计算平台的总体结构响应。建立平台典型节点有限元细网格模型,以平台总体结构响应分析结果为基础,确定典型节点模型边界条件,考虑典型节点结构所受水动力载荷和重力栽荷,计算典型节点的热点应力传递函数,用谱疲劳分析方法并依据Miner准则评估平台在中国南海环境条件下典型节点的疲劳寿命。     

固定塔式系泊系统结构动力分析模型

在渤海海域渤中28-1、渤中34及绥中36-1油田的开发工程中,均使用了固定塔式系泊系统。对这一系统中的导管架结构的分析,特别是动力分析,到目前为止还只能根据经验来考虑浮式生产储油装置(FPSU)对导管架动力响应的影响。本文根据实例及这一结构系统的特点,通过理论分析及数值计算,建立了系泊导管架的动力分析模型,为以后类似的工程提出了有效实用的解决方法。     

软刚臂单点系泊系统横向刚度分析

对软刚臂单点系泊系统的横向刚度理论进行探讨,并以海洋核动力平台单点系泊系统为例进行相关计算,对海洋核动力平台在不同海洋环境条件下的水动力性能开展系统的风浪流水池模型试验。基于理论研究并运用MATLAB和Adams软件对软刚臂系统横向刚度进行分析计算,通过试验得到系统的横向回复力曲线,结果表明其刚度在横向位移较小时近似为一固定值（5 t/m）,并随横向位移增大而增大。     

未满载压载水的单点系泊软刚臂纵向静刚度

针对单点系泊软刚臂未满载压载水的非正常情况，建立软刚臂纵向静回复力矩模型和计算方法。当水舱未满载压载水时，水会随软刚臂的纵向转动在水舱内流动，使软刚臂质心发生变化。计算结果表明，软刚臂纵向静回复力矩随转角变化曲线与相同质量下固定质心情况的曲线有较大差异，并且载水量越小二者差异越大，随着载水量逐渐增大，二者的差异越来越小，最终趋于一致。     

渤海平台构件疲劳分析的新方法

我国渤海的海冰对海上结构物的作用力,较波浪力尤为重要.海冰作用下,平台管节点构件承受的应力与海冰的破坏形式密切相关.海冰的破坏形式主要有挤压、屈曲、弯曲等.过去在计算应力时,只是按照一种破坏形式;本文综合起来考虑几种破坏形式并存.现有规范中,未给出低温冰载荷作用下的海洋结构用钢的疲劳寿命曲线,本文根据石油大学进行低温随机冰载作用下疲劳裂纹扩展试验的结果,给出了疲劳寿命曲线及其参数.在上述基础上,文章提出了管节点疲劳寿命计算的一种新方法.     

单点系泊海洋平台结构管节点强度校核与可靠性分析

根据海洋平台结构管节点设计准则，自行开发了海洋平台管节点强度校核和可靠度分析软件，应用冲剪校核和名义应力校核法对渤海BZ28-1单点系泊海洋导管架平台结构管节点进行了强度校核。并用可靠度分析软件计算了管节点强度可靠度。找到了海洋平台的最不利的节点和工况组合，为合理设计海洋平台结构和现役平台结构的科学评估、检测、维护和修理提供了分析方法和理论依据。     

缺陷管道疲劳寿命预测新模型及试验验证

传统的韧性控制单参数疲劳寿命预测方法不适用于高韧性管线钢的疲劳寿命预测。鉴 于此,根据Paris疲劳裂纹扩展速率公式da/dN=c(ΔK)n,基于失效评估图(FAD)技术,同时 考虑疲劳裂纹扩展对裂纹尖端应力强度因子和参考应力的影响,建立了对管道疲劳寿命进行预测 的新模型,并通过自行研制的一套用于油气输送管道全尺寸实物疲劳试验系统做了验证。结果表 明:新模型计算结果为试验结果的1/2左右,从疲劳寿命预测角度是完全可接受的,具有一定的 工程安全性。