海洋平台结构系统静强度可靠性分析

本文研究了对三维模型的导管架平台结构系统静强度可靠性评估方法。在极值载荷条件下,分别以极限冲剪应力及屈曲临界应力作为管节点及杆件的极限强度,采用增量载荷法建立破坏模式安全裕量方程。同时研究了求取结构系统主要失效模式的自动算法及计算系统失效概率的方法。作为一个算例,运用作者开发的计算机程序,对一固定式导管架平台进行了可靠性分析,验证了本方法对开展三维模型平台结构系统静强度可靠性评估是可行的。     

海洋平台结构系统静强度可靠性分析

本文研究了对三维模型的导管架平台结构系统静强度可靠性评估方法。在极值载荷条件下，分别以极限冲剪应力及屈曲临界应力作为管节点及杆件的极限强度，采用增量载荷法建立破坏模式安全裕量方程。同时研究了求取结构系统主要失效模式的自动算法及计算系统失效概率的方法。作为一个算例，运用作者开发的计算机程序，对一固定式导管架平台进行了可靠性分析，验证了本方法对开展三维模型平台结构系统静强度可靠性评估是可行的。     

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。     

两种导管架海洋平台的系统可靠度分析

针对近海标准导管架平台和滩海单位柱平台这两种钢质导管架平台,将其简化为空间刚架结构,计算构成导管架平台各杆件的可靠度。以传统的微分等价递归算法为基础进行系统可靠性计算,并利用分枝-约界法差别两种平台的主要失效路径。基于上述研究结果,分析了两类导管架平台的失效特征和系统可靠度指标。     

在线监测技术在导管架平台损伤识别中的应用

叙述损伤识别技术——在线监测技术的原理,以5种不同构造形式的简化导管架平台和北海Claymore CPP导管架平台为例,计算平台考虑初始缺陷和附加水质量后的固有频率,并对平台整体进行非线性倒塌分析以获得结构的极限承载力,以及构件失效对平台极限承载力的影响,旨在检验在线监测技术对于四腿固定式导管架平台的适用性,以及研究不能监测的构件对结构关于极限承载力的重要度,为导管架平台的结构整体安全和风险评估提供有效参考。     

超强台风下导管架平台结构弹塑性分析

针对超强台风引起的导管架平台甲板上浪载荷,基于三线性上浪载荷时间历程,采用API模型与Stokes 5 th波理论建立了上浪载荷计算方法与流程。在此基础上,应用静力推覆分析方法考察了不同上浪高度下导管架平台结构承载能力与失效模式的变化规律,利用动力弹塑性分析方法探讨上浪高度对导管架平台结构动态特性的影响,结果表明:上浪载荷导致导管架平台极限承载能力降低,当上浪达到一定高度时,平台失效模式由桩基失效演变为导管架顶部失效;平台在弹性和塑性阶段均存在一定程度的动力放大效应,且塑性响应阶段的动力放大效应更加显著。本文研究成果可为我国深水导管架平台的安全评估与优化设计提供参考。     

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。     

埕岛油田导管架平台结构的安全评估

介绍了在埕岛浅海油田应用挪威船级社SESA M软件对导管架平台CB25B进行评估研究的方法和程序,首先针对平台导管架、桩、上部组块的前处理建立有限元模型、加载载荷,然后进行完整结构的非线性倒塌分析、敏感性分析以及平台构件的重要度分析,并以此分析结果计算结构失效概率。最后根据埕岛油田浅海石油平台的实际情况和计算结果,指出导管架结构的主要失效模式是由于桩的拔出或下陷插入造成,并建议每年最少实施管道Ⅰ级检测一次,每3～5年实施管道Ⅱ级检测一次。     

隔水导管复合管柱载荷转移技术

为降低导管架平台建造成本,采用将导管架平台载荷转移至隔水导管-水泥环-表层套管复合管柱结构的方式以提高导管架平台承载能力的方法。分析导管架平台与复合管柱结构相互作用的机理,并建立复合管柱结构与导管架平台刚性连接时的载荷转移效率计算模型及复合管柱结构极限承载力计算模型。以渤海典型六腿平台为例进行平台载荷转移分析,采用载荷转移方式在保证复合管柱结构强度和稳定性的前提下可将导管架平台12.5%的载荷转移至复合管柱结构且减少导管架平台桩管入泥深度,为导管架平台结构优化设计和简化施工提供理论指导。     

考虑疲劳裂纹的老龄平台检修规划及经济寿命预测

以服役多年的老龄导管架平台结构为研究对象,考虑老龄退化因素导致的裂纹萌生速率增长以及维修行为的非完好性,分析其对检修间隔变化的影响。计算发现,平台服役后期检修次数增多,且检修间隔相应减小。针对受疲劳裂纹扩展损伤的老龄导管架平台,基于风险分析理论,在确保平台失效概率小于给定失效阈值的前提下,以设计服役期内的平台利润作为决策优化目标,建立起基于利润分析的检修决策模型。通过示例计算表明,该模型可对平台服役期内的检测及维修策略进行评估,并讨论了失效阈值的选取对决策方案的影响。基于经济学的边际利润分析,以平台寿命周期内利润最大为原则,建立老龄平台最优经济寿命模型;通过计算平台结构的边际收入等于边际支出时所对应的服役时间,可获得最优检修规划下老龄平台所能取得的最优经济寿命。该方法对于评估实际海洋石油工程中导管架平台的检修策略与服役寿命有一定的指导意义。     

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。     

海洋导管架平台结构动力优化研究

应用有限单元法 ,对海洋导管架平台进行了结构动力优化设计。建立了海洋导管架平台结构动力优化的数学模型 ,采用零阶法 ,以动冰载荷作为海洋导管架平台结构的主要环境载荷 ,对锦州 2 0 2MUQ平台进行了结构动力优化计算。优化结果表明 ,平台的重量比原设计方案减轻了2 0 17% ,获得了明显的优化效果。研究结果有较大的工程应用价值 ,可供有关设计人员参考。     

有杆采油导管架平台的安全性

基于结构极限工作状态和累积损伤理论,建立导管架平台增加载荷的安全评价标准。针对导管架式固定平台,建立海洋环境-有杆采油联合作用下的海洋平台力学模型。以LD某导管架平台为例,选用五十年一遇极值海洋环境载荷,基于安全准则得到目标平台加载阈值。按有杆采油的设计额定载荷,载荷加载后该平台的安全因数与加载前相比降低不超过3%,由此可见相似结构的导管架平台具有足够的结构强度承受有杆举升工艺所产生的附加载荷。     

海洋导管架平台疲劳问题分析

疲劳破坏是海洋工程结构的一种主要破坏模式。导管架平台受到海洋复杂载荷的作用,由于交变应力的随机性以及材料性能的分散性,结构的疲劳具有随机性和不确定性,因此要从概率的角度进行疲劳可靠性分析。采用ANSYS软件对导管架平台建模,利用S-N曲线模型以及Miner线性损伤理论,对结构的疲劳可靠性进行评估。将整个导管架结构系统简化成串并联模式,应用分枝限界法来寻找系统的主要疲劳失效模式,并对系统的可靠性作出评价,以供工程实际参考。     

简易导管架平台结构设计及选型研究

简易导管架平台指结构型式简单、重量轻、上部设施较少的海洋油气生产平台。为了更好地进行平台结构设计选型,此文设计了一种单腿三立柱结构型式的简易导管架平台,方案一采用独立桩腿型式,方案二采用将主立柱兼作桩腿的型式,分别从静力、疲劳和倒塌三方面进行了结构设计、分析比较和选型研究。分析结果表明,方案一独立桩腿结构型式的导管架力学性能更优,为今后设计类似简易导管架平台提供参考依据。     

随机波浪载荷下CII海洋平台结构可靠性分析

将位于渤海湾的CII导管架海洋平台看作空间钢架结构,应用ANSYS软件对导管架平台进行动力学分析,得到平台的基本动力学参数;考虑随机波浪作用,应用蒙特卡罗模拟法和有限元方法对结构进行可靠性分析。以各管件壁厚为输入变量,以甲板位移响应、导管架最大应力和平台总质量为输出变量进行灵敏度分析,评价影响输出变量变化的主要因素并计算出导管架构件的可靠度。该研究对导管架海洋平台的安全性评价和结构设计具有参考意义。     

导管架平台冰激振动响应分析

根据导管架平台的结构特点，建立了导管架平台有限元模型。对其进行模态分析，获得前3阶固有频率和模态振型，计算结果与实测结果相符合，表明导管架平台的有限元模型是准确的。在此基础上，对导管架平台施加风、海流静载荷及动冰载荷，进行导管架平台的动力响应分析，获得了导管架平台各个关键点的位移和加速度响应曲线。     

基于小波包分析的随机海洋环境下平台结构损伤辨识

为确保海洋平台作业安全,及时辨识损伤以及进行损伤定位,须进行海洋平台结构健康监测。以某在役导管架平台为例,对其数值模型进行结构动力分析。利用小波包变换方法处理结构响应信号,提取各分节点小波包能量,并研讨小波包分解层数,提出一种基于测点能量标准差的指标,以达到辨识结构损伤的目的。结果表明构建指标可在一定程度上弱化环境影响,提高损伤辨识精度。在7层小波包分解下利用测点能量标准差作为指标,可对随机波浪条件下的结构损伤进行有效辨识。     

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。     

JZ20—2MUQ型导管架平台相似模型设计研究

导管架平台是一种用于海洋石油开发的固定式平台,在我国渤海、南海的石油开采中发挥着重要作用。由于导管架平台结构庞大,在研究其性能的试验中多以导管架相似模型替代。介绍了基于相似定理量纲分析法的导管架平台相似模型设计全过程,分析了应用相似定理设计相似模型时应注意的问题。根据相似理论的推导计算结果,以JZ20-2MUQ型导管架平台为原型,加工制造了比例为1：50的导管架平台相似模型,为应用模拟试验结果来指导工程设计奠定了基础。