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。     

半潜式平台疲劳损伤分析及延寿评估

采用有限元分析软件ANSYS对“南海二号”半潜式平台进行一体化建模,应用谱分析方法和全概率方法对平台结构的疲劳损伤进行分析,并计算结构的疲劳寿命;根据金属材料的完全非线性疲劳累积损伤模型,分析疲劳损伤构件承受极端荷载的能力;对平台疲劳损伤严重的应力热点区域进行检测维修,研究了节点维修后延续寿命的期望。     

水深对半潜式平台运动响应及设计波的影响

该文采用Morison方程和绕射理论相结合的方法,在不同水深情况下运用挪威船级社开发的SESAM程序,对半潜式海洋平台进行了水动力分析。依据有条件的建模方法（CMA）和一次逆可靠度方法（IFORM）确定百年一遇波高一周期的等概率曲线,设计了一组百年一遇波浪海况,用于平台进行水动力分析和短期预报。对某半潜式平台在不同水深下进行了运行响应分析和纵向剪切力等六个波浪载荷分析预报,计算了平台结构极限强度分析的设计波。     

大型半潜式生产平台桁架组块设计关键技术——以陵水17-2气田“深海一号”能源站为例

由于浮式平台对重量控制的敏感性,而桁架式结构能使材料应用更充分,且更易获得开阔的甲板空间,因此,陵水17-2气田半潜式生产平台——"深海一号"能源站组块采用了大型桁架式结构设计。对比了固定式平台和半潜式平台组块在设计上的差异,首次在中国国内平台组块主结构设计中采用了屈服强度达414 MPa的高强钢,以增加平台组块的刚度;基于该平台组块跨度大、主梁高的特点,对组块梁格进行了合理规划,保证组块结构具有良好的刚度且传力路径较优,并改进了以往用筋板加强主梁下翼缘的常规做法,提出了采用隅梁增加主梁稳定性的方法,以确保大梁的稳定性;针对半潜式生产平台组块疲劳问题突出的特点,在设计时强调了组块主桁架的保护,提出了优化结构连接形式、设置不可焊接区域等解决措施;完成了组块各类节点的疲劳计算分析,结果表明平台的疲劳寿命满足设计要求;此外,为了提高平台组块疲劳寿命的冗余度,指出了疲劳关键区域建造时的注意事项。本文的相关经验做法可为今后其他半潜式平台设计提供参考。     

两种典型深水半潜式钻井平台运动特性和波浪载荷的计算分析

GVA7500平台和F8LG ExD平台是具有不同横撑结构的两种典型深水半潜式钻井平台.为了研究结构形式对半潜式钻井平台运动特性及波浪载荷的影响,利用三维水动力模型,采用复合模型计算方法,对两种平台在生存状态下的运动特性及波浪载荷进行了分析,计算分析采用SES-AM程序系统.分析结论对深水半潜式钻井平台的结构选型具有参考意义.     

基于气动-水动-结构耦合模型的半潜风机动力响应分析

针对我国海洋环境条件,提出一种新型半潜式浮式基础,用于支撑5 MW海上风机。针对该新型浮式风机系统,采用叶素动量理论计算风轮所受气动载荷,采用三维势流理论计算基础水动力性能,分别采用杆单元和梁单元模型,基于有限元方法计算柔性体的动力响应。建立气动-水动-结构耦合的动力学分析模型,针对切入、额定和切出海况,在时域内计算风机的动力响应特性。计算结果表明：在不同作业海况下,新型半潜浮式风机基础运动性能良好,且系泊缆张力满足安全要求;风机叶片在风轮旋转平面外的变形显著大于风轮平面内的变形,且在额定海况下变形更大。     

半潜式生产平台湿拖拖点结构强度分析

为研究并获得大型半潜式生产平台拖点结构设计与强度分析的通用方法,以深水半潜式生产平台深海一号长距离湿拖为例,基于理论计算与有限元分析相结合的方法,介绍大型浮式平台湿拖拖点设计分析的常规流程。该半潜式平台已安全抵达南海陵水17-2海域,进一步验证拖点结构设计与分析的正确性和可靠性。所建立的一套大型深水半潜式生产平台长距离湿拖拖点的强度分析与设计方法可为今后类似平台的拖点结构设计提供参考和依据。     

基于FTA方法的浮式风机基础-塔柱系统定量风险分析

采用数值模拟与概率统计相结合的方法研究海上浮式风机基础-塔柱系统风险。以NREL OC4半潜型浮式风机为例,建立风机基础-塔柱系统故障树。采用有限元方法计算基础-塔柱系统结构失效概率,结合OREDA数据库和已有研究,确定浮式风机基础-塔柱系统的其他失效概率。采用MATLAB语言编写时域动态故障树分析(Fault Tree Analysis,FTA)程序,考虑有/无维修两种情况,定量计算该浮式风机基础-塔柱系统在全服役周期内的失效概率,并给出相应的维修策略。     

半潜式平台横装干拖运输结构强度分析

为保证半潜式平台远洋干拖过程中平台及垫木的结构安全,采用水动力软件对半潜船及半潜式平台整个系统进行运动响应分析并组合4种典型工况,采用有限元软件对半潜式平台及垫木进行结构强度分析。计算结果表明,在满足设计的最大有义波高条件下,半潜式平台及垫木的结构强度满足规范要求。半潜船载运半潜式平台在设计的最大有义波高的海况指导下航行,顺利完成该航次任务,验证技术的可靠性,为保证半潜船装载类似超大型货物的结构安全性提供一定的参考价值。     

考虑多场耦合的碰撞载荷下半潜式风机动力响应

以DeepCwind浮式风机为研究对象,确定典型碰撞事故场景,提出一种风-浪-系泊耦合场景下船舶-浮式风机碰撞动态响应数值分析方法。基于FAST程序获得不同海况下半潜式风机的气动推力、水动力参数和系泊张力,再利用LS-DYNA中的Subroutine Loadud子程序完成加载以实时更新计算水动力载荷,同时考虑系泊载荷和气动载荷的耦合作用。在此基础上,基于LS-DYNA软件开展多场耦合的碰撞载荷作用下浮式风机动力响应研究,分析船舶撞击对浮式风机动力响应的影响。结果显示：撞击船的动能大部分转化为浮式风机的动能,风机浮筒所产生的应力应变主要分布于浮筒的撞击区域,且浮筒的结构应力呈现先增大后减小的趋势。     

极限波浪作用下半潜式平台水动力特性

针对在极限波浪作用下的半潜式海洋平台的水动力特性,采用基于边界元法的AQWA水动力学软件对其进行数值模拟研究。建立某半潜式海洋钻井平台的三维水动力频域分析模型,通过数值计算得到平台的附加质量、辐射阻尼和运动响应;通过Cumins法将频域计算结果转换引入时域分析模块,建立平台的三维水动力时域分析模型,计算平台在工作和自存工况下的时域水动力响应,并将低频响应与波频响应进行对比,同时计算与校核在两种工况下的系泊绳系泊力,并由此优化设计确定平台的系泊系统;采用确定性设计波法确定在不同工况下的设计波,通过接口命令流将波浪载荷映射在平台整体结构上,由此可以得到平台在不同工况下的波浪载荷;给出半潜式海洋平台水动力计算及分析的系统性方法及实例,对半潜式海洋平台初步方案设计具有一定的参考价值。     

陵水17-2气田“深海一号”能源站总体设计及关键技术研究

陵水17-2气田开发采用带凝析油储存和外输功能的深水半潜式生产储油平台——"深海一号"能源站,为国际上首个采用立柱储油的半潜式生产平台,该平台设计面临环境条件恶劣、建造场地和合龙资源受限、凝析油储存和外输安全性要求高、立管运动要求严格等诸多挑战。本文详细阐述了"深海一号"能源站总体设计技术,包括深水环境条件分析、基于受限场地资源的定制化设计、凝析油U型储存隔离与安全储存和动力定位外输以及整体船型参数设计等,并重点介绍了深水系泊系统设计、深水钢悬链立管布置与疲劳寿命分析、平台低频运动响应预报、关键结构设计及30年不进坞的防腐方案设计等关键技术。基于上述技术,研制出了新型半潜式生产储油平台母型船——"深海一号"能源站。该平台建造完成并投入使用,标志着中国海洋工程制造业逐步向深水浮式生产平台等高端装备业进军,也为同类深水浮式平台的设计提供了借鉴。     

3000米深水半潜式钻井平台运动性能研究

应用SESAM程序系统研究了4种深水半潜式钻井平台的运动性能。首先建立深水半潜式钻井平台的三维水动力模型,然后采用Morison公式和势流理论相结合的方法进行计算分析,获得了半潜式钻井平台运动响应的传递函数和固有周期。在此基础上,结合我国南海海况资料,应用频域分析法对深水半潜式钻井平台运动响应进行了短期预报。研究结果对深水半潜式钻井平台船型的选择有参考意义。     

基于FTA方法的浮式风机叶片系统风险评估

对海上浮式风机叶片系统进行可靠性风险评估,以OC4-DeepCwind浮式风机系统为计算模型,参考相关文献中的风机叶片系统故障树模型,结合数值模拟与概率统计,计算浮式/固定式风机叶片系统的结构风险概率。使用MATLAB编写时域动态故障树分析程序,进行浮式/固定式风机叶片系统在生命周期内的故障风险定量计算。结果表明:在额定工况下浮式风机叶片系统的叶根应力疲劳风险概率更大,在全生命周期内浮式风机叶片系统失效风险概率更大。     

大型半潜式生产平台桁架组块设计关键技术——以陵水17-2气田“深海一号”能源站为例北大核心CSCD

由于浮式平台对重量控制的敏感性,而桁架式结构能使材料应用更充分,且更易获得开阔的甲板空间,因此,陵水17-2气田半潜式生产平台——“深海一号”能源站组块采用了大型桁架式结构设计。对比了固定式平台和半潜式平台组块在设计上的差异,首次在中国国内平台组块主结构设计中采用了屈服强度达414 MPa的高强钢,以增加平台组块的刚度;基于该平台组块跨度大、主梁高的特点,对组块梁格进行了合理规划,保证组块结构具有良好的刚度且传力路径较优,并改进了以往用筋板加强主梁下翼缘的常规做法,提出了采用隅梁增加主梁稳定性的方法,以确保大梁的稳定性;针对半潜式生产平台组块疲劳问题突出的特点,在设计时强调了组块主桁架的保护,提出了优化结构连接形式、设置不可焊接区域等解决措施;完成了组块各类节点的疲劳计算分析,结果表明平台的疲劳寿命满足设计要求;此外,为了提高平台组块疲劳寿命的冗余度,指出了疲劳关键区域建造时的注意事项。本文的相关经验做法可为今后其他半潜式平台设计提供参考。     

半潜式海洋生活平台导缆器基座结构疲劳分析

以某半潜式海洋生活平台导缆器基座结构为例,基于DNV GL船级社规范,介绍一种针对低频张力与波频张力产生的组合疲劳损伤的分析方法。以系泊分析结果作为载荷输入条件,利用SESAM/GeniE软件进行有限元分析,得到结构在某一工况条件下应力过程低频(波频)部分的标准差,通过线性换算可得到其他工况应力过程低频(波频)部分的标准差。考虑板厚效应,进一步可确定该工况条件下组合低频与波频应力响应过程的零阶谱矩。基于双斜率S-N曲线疲劳损伤公式,考虑平台使用年限、设计疲劳因子及某一海况发生的概率,分别计算疲劳损伤值D_1和D_2;根据Miner准则可得到设计使用年限内累积的疲劳损伤。基于DNV GL规范,对导缆器基座结构进行疲劳分析校核;该疲劳分析方法同样适用于承受低频和波频载荷的其他浮式海洋结构物系泊系统基座的疲劳分析。     

新型干树半潜平台疲劳性能分析

干树采油平台具有修井方便、操作成本低、易于维修建造等优势,目前仅成功用于TLP和Spar平台,相比于这两种平台,半潜式平台不受水深限制,易于建造、安装,但运动幅度较大。该文提出一种运动性能较好的新型干树半潜平台,采用谱分析方法对其进行疲劳分析。首先介绍了目前海洋工程领域比较常用的谱分析方法及其流程,然后对在位工况下新型干树半潜平台进行了总体强度分析和总体疲劳估算,确定了疲劳关键部位,最后利用谱分析法对这些关键部位进行疲劳分析,得到了各热点的疲劳寿命。计算结果表明,各关键部位的疲劳寿命基本满足要求,但是比较接近设计寿命,因此在后续的设计中疲劳问题仍需要重点关注。     

基于AQWA的新型半潜式海洋钻井平台水动力特性研究

首先,该文针对现役深水半潜式平台在风浪流中产生的升沉误差进行最优补偿,并依据规范设计了一种新型半潜式平台基本结构,建立三维水动力模型;其次,利用AQWA软件对目标平台进行频域下的水动力分析,得到平台的运动响应数据;最后,根据规范设计了一种新型半潜式平台的锚泊系统,对平台与锚泊系统进行时域耦合分析,为目标平台的控制提供精确预报,保证实时稳定性,调高作业人员舒适度。     

动态电缆对海上浮式风机发电效率的影响

为解决传统线型电缆不利于漂浮式风电场电缆运行维护的问题,提出动态电缆概念,分析不同结构形式对电缆产生的影响。开展半潜式浮式基础在风浪流联合载荷作用下的全耦合时域仿真模拟。分析悬链线形传统电缆与缓波形动态电缆对浮式风机水动力性能的影响,发现缓波形动态电缆对漂浮式风机水动力性能的影响较小,有利于浮式风机发电。对比采用不同电缆的浮式风机发电效率,结果显示,采用2种线型电缆的风机发电效率降低幅度均随着风浪夹角的增大而降低,且采用缓波形电缆发电效率的降低幅度小于采用悬链线形电缆。     

基于抵消周期设计的干树半潜式平台水动力性能研究

基于抵消周期设计了干树半潜式平台,并对其水动力性能进行了研究。深吃水式干树半潜式平台不采用垂荡板等附属结构,将干式开发系统和半潜式平台的优点相结合。通过对结构主尺度的优化来降低平台的垂荡响应,使其能够支持干采油树系统。采用三维势流理论,运用SESAM软件对干树半潜式平台进行了水动力性能分析。运用HydroD模块对平台进行频域分析,得到平台附加质量、势流阻尼、幅值响应函数等参数。运用DeepC模块对平台进行时域耦合分析,得到平台加系泊系统后的时域响应。