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。     

油田压裂车车架的多工况疲劳寿命分析

为了分析多工况下压裂车车架的疲劳强度,进行了轮胎悬空、道路颠簸、制动、普通压力振动冲击和高压振动冲击5种工况下压裂车疲劳寿命分析,并对恶劣工况进一步拟合分析,进行疲劳损伤累积。在建立车架有限元模型的基础上,将各工况下的应力仿真数据与试验数据进行了对比,两者的误差在10%以内,验证了有限元模型的准确性。将压裂车5种工况下的动力学分析结果作为疲劳分析的随机载荷谱,得出压裂车车架有足够的强度。通过危险工况的疲劳损伤累积,拟合出压裂车疲劳寿命为完整出工104次。     

油田压裂车车架的多工况疲劳寿命分析

为了分析多工况下压裂车车架的疲劳强度,进行了轮胎悬空、道路颠簸、制动、普通压力振动冲击和高压振动冲击5种工况下压裂车疲劳寿命分析,并对恶劣工况进一步拟合分析,进行疲劳损伤累积。在建立车架有限元模型的基础上,将各工况下的应力仿真数据与试验数据进行了对比,两者的误差在10%以内,验证了有限元模型的准确性。将压裂车5种工况下的动力学分析结果作为疲劳分析的随机载荷谱,得出压裂车车架有足够的强度。通过危险工况的疲劳损伤累积,拟合出压裂车疲劳寿命为完整出工104次。     

固定式海洋平台火炬臂结构拖航疲劳分析

为解决传统火炬臂不适用于海上整体拖航工况的问题,针对导管架固定式平台上部火炬臂结构,建立火炬臂整体拖航疲劳分析方法,设计一种适用于海上整体拖航的新型火炬臂连接形式。采用SACS软件建立平台上部组块带火炬臂整体有限元模型,分别对传统火炬臂结构和新型火炬臂结构进行整体拖航工况下的疲劳计算。提出最大疲劳损伤占比指标,从拖航疲劳损伤程度和最大疲劳损伤节点数目两个角度对新型火炬臂进行局部结构优化。结果表明:新型火炬臂斜撑的增设可有效改善火炬臂主弦杆的受力且大幅提高火炬臂的整体刚度,使原拖航疲劳损伤不满足规范要求的构件满足要求,为火炬臂海上整体拖航提供可行的技术和方案。     

基于ANSYS分析软件的海洋平台局部构造疲劳寿命评估研究

疲劳损伤失效是海洋结构面临的重要问题,而对于裙桩套筒这样的局部复杂结构而言,疲劳寿命评估更为关键。应用ANSYS软件建立了一套海洋平台局部构造疲劳寿命评估流程,通过热点应力外推法,采用疲劳的简化分析方法计算疲劳寿命,并运用该方法验证了某平台裙桩套筒满足疲劳要求。该方法利用了局部结构强度分析的ANSYS应力分析结果,得到的应力幅值更加合理、便利,同时将热点应力外推法融入到疲劳简化分析方法中,具有较高的工程应用价值,可为今后海洋平台其他典型局部构造的疲劳寿命评估提供指导。     

基于实测的渤海老龄平台冰振疲劳损伤评估方法

针对现有规范缺乏针对海冰引起的结构疲劳损伤的评估方法与建议,基于实测的老龄平台结构冰振响应特征分析结果,在冰厚、冰速、冰向等方面开展数值模拟,建立平台上部振动响应与导管架热点应力间的数学关系,依据安全寿命分析法提出一种基于现场实测的导管架平台冰振疲劳损伤评估方法。选取我国渤海辽东湾Jz20-2海域某导管架平台进行实例分析,针对不同时段的冰振实测数据,采用本方法确定热点应力标准差、循环次数和相应的疲劳损伤,并与谱分析法得到的疲劳损伤进行对比,验证本方法的合理性。     

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。     

深水顶张式生产立管的浪致疲劳研究

利用综合有限元分析软件ABAQUS对深水顶张式生产立管(TTR)进行了非线性动力分析,得到其应力时程曲线.采用Miner线性累积损伤理论、S-N曲线和自编的雨流计数法程序对生产立管进行疲劳寿命分析.以一典型生产立管为例进行计算,结果表明浪致疲劳损伤在立管上部与浪向平行的直径位置较为严重.     

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。     

浮式生产储卸油装置的若干关键技术问题

鉴于对浮式生产储卸油装置的运动性能、结构强度和作业安全都有很高的要求。本文就甲板上浪、FPSO与穿梭油轮的多单元耦合作用、系泊特性、水深对运动的影响、疲劳评估和水弹性分析等关键技术问题做了综述，以期对浮式生产储卸油装置的设计、作业和维护有一定的参考价值。     

冰区平台的三级疲劳评估

针对冰区平台疲劳危险性评价的需要,提出了建立以初级评估、详细评估和可靠性评估这三级评估方法为核心的冰区平台疲劳分析与评估体系的设想,并重点介绍了初级评估(冰区平台疲劳强度校核的简化方法、单一冰厚法、静力法)、详细评估(时间域法和谱分析法)和可靠性评估的应用流程,还给出了详细评估的一个计算实例,供工程设计参考。     

China Leaps to Lead in Global FPSO

Floating production, storage and offloading unit （FPSO）, a single engineering unit with the largest investment in offshore petroleum industry, carries on board various facilities including oil production, storage and export, as well as living and power. It is used to process and storage crude oil, which will be shipped regularly by tankers to various places. Along with the intensification of offshore exploration and development in China, China National Offshore Oil Corporation （CNOOC） has been working hard to expand its FPSO industry scope. Now, 14 FPSO units have been put into operation in 16 oilfields, of which 13 FPSO units operate in China＇s offshore and 1 in Java offshore in Indonesia. China＇s FPSO technology has reached international advanced level and China has become the largest manufacturer and user of FPSO in the world, with both the number and gross tonnage of FPSO units ranking the top of the world.     

深水海洋石油钢结构估算疲劳寿命的新的损伤力学方法

在损伤力学的基础上本文提出了深水海洋石油钢结构估算疲劳寿命的新方法。文中给出了石油大学新建立的疲劳损伤数学模型。根据表面裂纹疲劳扩展试验的数据处理,提供了疲劳损伤因子的宏观测量方法。同时,还给出了海洋石油钢结构用的材料的损伤参数的决定方法。新建立的疲劳损伤数学模型得到了刚性的钢试件的疲劳试验证实;也取得了深水常用的柔性的复合材料的结构的疲劳试验验证。通过验证,本文推荐了常幅或随机载荷作用下估算疲劳全寿命的损伤力学方法及计算公式。     

浮式生产储油轮(FPSO)不停产洗舱作业风险控制探讨

海上油田浮式生产储油轮(FPSO)洗舱作业是一项风险很高的作业,为了确保海上油田的安全,洗舱作业一直是采用停产洗车的方式进行。由于海上生产任务繁重,2007年11月,在相继克服诸多困难后,BZ34油田长青号浮式生产储油轮的作业者第一次在中国海油系统内成功地实施了不停产洗舱作业。本次作业采用的综合安全管理方法和措施可以作为其它浮式生产储油轮类似作业的借鉴。     

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。     

圆筒形FPSO上部结构强度校核与分析

以英国DANA石油公司设计的圆筒形FPSO为研究对象,对常规船型FPSO与圆筒形FPSO上部结构和布置进行对比,采用有限元法对圆筒形FPSO上部结构进行整体强度校核,并针对其舷墙、公共区域和防爆墙进行局部强度分析。得出结论:圆筒形FPSO相较于常规船型FPSO更经济,具有更强抗倾覆能力和甲板承载能力,使用更少的管缆,而且圆筒形FPSO的设计结构满足海上工作的强度要求,具有实际应用价值。     

考虑断裂和腐蚀失效的海洋平台动态可靠性研究

对海洋平台寿命周期内的动态可靠性进行了研究,提出了单独考虑断裂、腐蚀失效以及同时考虑两种失效模式相互作用的3种动态可靠性分析模型。在此基础上,对平台系统的疲劳可靠性进行了研究,给出了相应的评估方法和计算公式。提出了一种谱分析与时间域相结合的疲劳应力分析方法。该方法结合了两者的优点,一方面可以较好地考虑系统的非线性,同时有效的减少计算工作量,便于实际工程计算。     

海上风电导管架结构受损评估与分析

以我国南海海域某施工船舶与海上风电导管架基础发生碰撞的事故为背景,结合当前海上风电导管架结构受损评估分析方法,采用有限元模拟的方式对受损导管架开展剩余强度分析、疲劳分析等研究,计算得到导管架结构受损前后各杆件、节点的应力情况,以及受损构件在疲劳载荷作用下受压、受拉工况的损伤值。结合相关行业规范,对计算结果进行讨论分析,综合评估导管架的受损情况,为下一步修复方案的制定提供依据。分析结果可为后续研究及实际工程提供参考。