基于ANSYS的平台波流载荷下动力分析及疲劳分析

介绍了使用ANSYS有限元软件对平台结构进行静力分析、动力分析和疲劳分析的方法。应用ANSYS软件可以直接对波流载荷作用下的平台进行有限元分析，而且建模简单、计算精度高，可以方便地考虑载荷的随机性。根据ANSYS计算得到的应力，应用管节点的热点应力公式得到平台构件实际的疲劳应力，并使用S-N曲线法计算平台构件的疲劳损伤。对实际的平台进行数值计算，计算出的平台位移最大值和响应周期与现场实际测量值基本一致，这说明计算方法和数学模型是正确的。ANSYS有限元软件可以方便地计算平台结构在波浪、海流载荷下的动力响应和疲劳寿命，是进行平台设计和校核的有效工具。     

海上风机整体耦合疲劳分析影响参数

利用Python语言开发管节点热点应力集中因子（Stress Concentration Factor,SCF）计算模块、管节点疲劳应力时程计算模块,提出基于整体耦合模型的海上风机疲劳分析方法。以基于NREL 5 MW基础风机与NREL OC4导管架基础结构设计的样本风机为研究对象,开展典型疲劳工况下海上风机整体结构的动力反应分析。基于整体耦合疲劳分析方法,揭示耦合数值仿真模型非稳态初始反应、随机种子以及不同方向风浪作用下环境载荷耦合效应对管节点的疲劳累积损伤的影响,验证了将耦合数值仿真模型应用于海上风机结构疲劳计算的必要性。     

导管架在拖航过程中风激振动的计算方法

介绍了导管架在拖航过程中风激振动问题的传统计算方法,并应用SESAM有限元软件建立了平台下部导管架有限元模型,根据相关规范计算了整体结构及焊缝节点在周期性风载荷作用下的累积损伤和疲劳寿命,对导管架等高耸结构在风激振动研究中的计算方法提出了改进。     

深水半潜式钻井平台总体强度分析

以某新型第六代深水半潜式钻井平台为分析对象,依据三维绕射理论计算波浪诱导载荷与运动,采用谱分析法确定设计波参数,进行了自存、作业等装载情况下21个波浪工况的波浪载荷预报,并建立三维有限元模型完成了平台结构总体强度分析。结合波浪载荷预报及结构分析结果,提出了计算工况选取原则及控制总体强度的关键因素,可为今后深水半潜式平台的结构设计、总体强度分析、选取疲劳强度典型节点及形式优化提供参考。     

基于谱分析法的深水导管架平台疲劳寿命可靠性分析

以200m水深导管架平台为研究对象,采用有限元方法对各疲劳子工况下平台的动力响应进行分析,确定了计算点处的传递函数,并计算出相应的应力谱;根据Miner线性疲劳累积损伤理论及结构可靠性理论对平台的疲劳寿命可靠性进行了分析;对泥面以下6倍桩径处固定的等效桩做法在深水导管架平台动力分析中的适用性进行了分析。对于深水导管架平台,采用泥面以下6倍桩径处固定的等效桩做法存在较大误差,进行动力分析时须采用桩-土耦合模型;波高较小海况下,平台结构应力谱对应于波浪主频率的峰值较小、对应于平台前两阶固有频率的峰值较大,后者是导致平台疲劳破坏的主要原因;导管架过渡段到第三水平层之间节点及泥面处节点的可靠性指标相对较小。     

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。     

Truss SPAR 平台桁架的疲劳分析方法

根据SPAR平台的柱状特点,从线性系统运动方程出发,推导了SPAR平台的垂荡响应函数,选择P-M波浪谱,得出垂荡响应谱,由垂荡响应谱得出作用于桁架的疲劳载荷谱。通过细化有限元网格计算热点应力,采用Goodman公式修正应力幅值,基于规范的S-N曲线计算了管节点的疲劳寿命。     

深水多功能八角形生产平台总体结构强度分析

为保证深水多功能八角形生产平台具有足够的结构强度,需要进行平台结构应力分析.本文建立平台水动力模型,依据结构剖面内力计算、分析结果,应用长期预报方法确定了设计波参数.最后建立平台总体结构有限元模型,对结构模型施加设计波载荷,进行结构应力计算.依据应力分析结果,应用CCS规范对平台结构强度进行校核,校核结果表明平台结构应力基本满足规范要求.本文的研究方法和评估结果可为相关新型浮式平台设计提供参考.     

埕岛油田服役中后期海洋平台冰激振动疲劳分析

对埕岛油田服役中后期的海洋平台在动冰力作用下的疲劳强度进行了计算分析,以保证海洋平台在服役期间的结构安全.依据Maattanen自激振动冰力模型,分析了平台结构产生冰激自激振动的条件;基于SACS程序建立了现役在位平台有限元计算模型,进行了平台的冰激振动疲劳分析;探讨了海冰自激冰力和结构振动的响应特性,并比较了平台在不同冰况下的动力响应.结果表明,当海冰引起自激振动时平台结构响应显著增大.最后通过疲劳分析得出平台在服役中后期冰激动载荷下强度满足要求.     

齿条对桁架腿水动力特性影响的试验研究

齿轮齿条系统是自升式海洋平台最常用的升降系统,关于齿条结构对桁架式桩腿水动力特性影响的研究相对较少。为此,采用模型试验的方法,以桁架式桩腿作为研究对象,分别进行光滑模型和带齿模型的水动力试验。基于ABAQUS有限元软件进行复杂桁架式结构波流载荷的理论计算,运用瞬时值法、最小二乘法和试凑法推求出试验条件下的水动力系数,从载荷和水动力系数两方面分析齿条结构对桁架腿水动力特性的影响。研究结果表明,齿条结构的存在使得桁架腿的波流载荷和水动力系数有不同程度的增大。因此,在平台设计过程中齿条结构对桁架腿水动力特性的影响不可忽略。所得结论可为自升式海洋平台波流载荷的计算提供数据支持。     

深水钻井隔水管-导管系统波激疲劳分析

波激疲劳是深水钻井隔水管-导管系统最主要的失效模式之一。综合考虑波浪载荷、钻井平台运动和土壤抗力建立了深水钻井隔水管-导管耦合系统波激疲劳分析方法,实例分析了中国南海某井深水钻井隔水管-导管系统波激疲劳寿命,识别出了系统波激疲劳关键部位,并与隔水管常规分析模型的计算结果进行了对比。在此基础上,研究了钻井平台运动幅值、顶张力、下挠性接头转动刚度和井口出泥高度对系统波激疲劳特性的影响。结果表明,常规分析模型将隔水管底部看作固定端导致隔水管波激疲劳损伤过大,而本文提出的隔水管-导管系统分析模型能较好地模拟隔水管实际受力情况;隔水管最大波激疲劳损伤出现在下挠性接头处,导管的最大波激疲劳损伤出现在泥线附近;导管是整个系统中波激疲劳性能最薄弱的环节,适当地减小钻井平台运动幅值、隔水管顶张力、下挠性接头转动刚度和井口出泥高度均能改善导管波激疲劳性能。     

半潜式平台关键连接结构节点形式对疲劳强度的影响

以第七代半潜式钻井平台立柱与甲板盒连接结构为研究对象,给出3种能够改善立柱与甲板盒连接结构疲劳性能的设计方案,采用谱疲劳分析方法对3种改进的连接结构进行疲劳强度分析,并对关键区域肘板疲劳损伤对海况、浪向的敏感性进行分析,总结不同连接结构节点形式和焊接方式对疲劳寿命的影响,给出符合设计要求的较优的设计方案,为第七代超深水半潜式钻井平台立柱与甲板盒连接位置结构的设计提供依据与参考。     

冰区海洋平台疲劳可靠性评估方法的研究

给出了在随机波浪载荷和冰载荷作用下平台构件疲劳损伤的一种计算方法,并利用该方法分析了平台单个构件和平台整体的疲劳可靠性.用指数函数对波浪和海冰作用下平台构件的疲劳应力、应力循环次数和环境参数的关系进行了拟合,拟合精度很好.根据拟合的指数函数,并基于S-N曲线和Miner线性累积疲劳损伤理论,推导出构件疲劳损伤的计算公式,使构件疲劳损伤的计算过程得到很大简化.在此基础上给出了单个构件的疲劳可靠性计算公式,提出了平台整体疲劳失效的简化判断依据和平台关键失效模式的确定方法,并给出了平台整体失效概率的计算方法.计算实例表明,该方法简单可靠,可以有效地用于工程实际.     

基于BCALoD的FPSO软刚臂系泊系统疲劳分析

针对软刚臂系泊系统铰节点在服役过程中出现的疲劳损伤问题,提出一种基于原型监测和局部密度双向聚类算法（Bidirectional Clustering Algorithm based on Local Density,BCALoD）的疲劳寿命计算方法。采用BCALoD算法对获得的船体六自由度进行工况分类,运用多体动力学将运动数据转算为受力时程,将其作为铰节点疲劳寿命分析的载荷谱。采用Abaqus软件建立各铰节点有限元模型以计算热点应力,结合Miner线性疲劳累积损伤理论和雨流计数方法计算疲劳寿命。进一步分析评估基于实测数据的铰节点疲劳设计指标,指出该FPSO软刚臂上铰节点的疲劳寿命不足以支持其完成服役,且各铰节点难以统一维护和更换。本研究可为在役软刚臂系泊系统的疲劳寿命计算提供一种新的载荷处理方法,为未来海洋平台的设计提供参考。     

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。     

波流激励作用下导管架式升压站疲劳损伤

针对某海上风电升压站导管架平台,采用Miner线性累积损伤准则及雨流计数法理论研究其疲劳损伤.根据该平台图纸建立有限元模型,通过波浪散布图分布情况,计算所有短时海况波流作用下全年范围内不同型式节点的应力时程.借助ANSYS有限元程序计算该平台空间结构型式节点的热点应力幅值.在此基础上,根据规范所推荐S-N曲线数据,评估...     

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.     

超深水钻井系统隔水管波致疲劳研究

钻井隔水管是深水油气田开发的关键装备,钻井系统浮体运动与波浪载荷可能导致隔水管的疲劳失效。在超深水环境下,浮体与细长结构之间的交互作用十分显著,而基于常规解耦方法预测得到的隔水管波致疲劳状况是不准确的,因此,建立了超深水环境下的系泊钻井系统有限元模型。基于耦合系统分析方法,对隔水管疲劳特性进行的研究表明,由低频浮体运动导致的低频疲劳是引起隔水管疲劳失效的重要因素,同时受浮体与细长结构之间耦合效应的影响也比较显著。因此,精确预测浮体运动是分析隔水管波致疲劳的关键,推荐采用耦合系统分析方法。     

基于SESAM的自升式海洋平台疲劳寿命评估研究

在研究谱分析法基本原理的基础上,搭建了基于SESAM软件的海洋平台节点疲劳寿命评估流程,应用该流程完成了某自升式平台桩腿的疲劳寿命评估,针对该方法中需要输入的S—N曲线、波浪谱、JON—SWAP谱的不同伽马参数、波浪散布图等关键参数进行了敏感性分析,得到的结果和建议可供工程设计时参考。