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。     

自升式平台齿轮齿条升降装置动力学行为分析

以某自升式海洋平台的单桩腿升降装置为研究对象,分别从正常升降和工程上比较关注的应急升降入手,进行不同升降载荷时的齿轮齿条升降装置运动学及动力学仿真分析,揭示复杂特殊工况下各小齿轮以及升降装置整体的动力学行为。仿真结果表明,在齿轮齿条升降装置正常工况、不同升降载荷下,装置具有良好的运动同步性,各小齿轮的转速曲线基本一致,整个桩腿的升降载荷由所有小齿轮的切向力均匀承担;当某对小齿轮发生驱动失效时,该对小齿轮的转速快速降低后由齿条带动其与其他小齿轮保持同步运动,小齿轮驱动失效虽然造成其他小齿轮的径向受力变大,但整个升降装置仍然能够保持径向载荷平衡。     

自升式平台齿轮齿条升降系统受力分析

齿轮齿条升降机构是自升式平台的重要承载机构,在各种工作状态下起到支撑船体及相关设备的作用,并长时间承受重外载荷作用。以三桩腿齿轮齿条升降式自升式平台为模型,从桩腿内力分析出发,研究齿轮齿条升降机构受力,从而为升降单元安全评价、寿命评估等提供支持。     

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。     

桁架桩腿自升式平台动力响应

基于ANSYS软件,建立桁架桩腿自升式平台的三维有限元模型。在风暴自存工况下,通过静力分析得到平台的最大应力和位移;通过模态分析,得到结构的前六阶频率和振型;在模态分析基础上对平台进行瞬态动力响应分析,得到平台的动力响应。结果表明:平台在风暴自存工况下能够保证安全,此外动载荷对平台的影响较显著,对平台进行分析时须考虑动载荷对结构的影响。研究结果对桁架桩腿自升式平台的结构分析与安全校核具有一定的指导意义。     

桁架自升式钻井平台拔桩过程动力学分析

在自升式钻井平台拔桩过程中,桩腿受力大,尤其是桁架结构的桩腿,不能忽略其弹性对系统运动造成的影响。以桁架自升式钻井平台为研究对象,对拔桩过程中平台主要受力的简化及模拟方法进行了阐述。建立了包括升降系统、桁架桩腿及船体在内的平台动力学模型。利用ADAMS软件对该平台的拔桩过程进行了动力学分析,得到了以不同降船速度拔桩时,桁架桩腿分别设置为刚体和柔性体时平台的运动及振动特性,得出了考虑桩腿弹性对平台运动的影响。为以后自升式钻井平台桩腿及升降系统的设计及其动力学分析提供参考。     

自存工况下自升式平台关键结构强度分析

针对一艘独立三桩腿的齿轮齿条式自升式钻井平台,利用ANSYS软件分析了自存工况下,在风浪流等综合载荷作用下的钻井平台整体关键结构强度和平台桩腿稳定性,为平台的安全使用和升级改造提供了理论依据。     

拖航工况不同节距对自升式平台桩腿强度影响

以Inv-K型桁架式桩腿的自升式平台为研究对象,运用Matlab参数化编程及GeniE进行桩腿结构建模和有限元分析,阐述了远洋拖航工况下桩腿强度分析的一般过程,考虑载荷方向和节距变化对桩腿结构强度的影响,对工程设计具有一定的借鉴意义。     

齿轮齿条钻机起升系统动态响应分析

齿轮齿条钻机起升系统的动力学特性是影响其工作性能的重要因素。在动力学分析的基础上,建立了单对齿轮齿条啮合的动力学模型以及多对齿轮齿条啮合下起升系统的动力学模型,揭示了齿轮时变啮合刚度对系统动态响应的影响规律,并利用Solidwork与ADAMS联合建模方法,进一步分析了起升系统在不同工况下齿轮齿条之间的接触力以及齿轮转速随时间的变化规律。分析结果表明,齿轮齿条钻机起升系统齿轮的输出转速因内部激励的影响随时间发生变化,并且与啮合力之间存在冲击峰值的同步性;在工况相同条件下,与起钻过程相比,起升系统下钻过程的振幅变化较大,齿轮转速曲线振幅与齿轮齿条啮合接触力曲线振幅同时增加。研究结果可为齿轮齿条钻机起升系统的优化设计提供参考。     

自升式平台桁架桩腿风载荷研究

采用不同的简化方法,对自升式平台桁架桩腿所受风载荷进行了研究,并使用ZenStab软件建立了4种桁架式桩腿的简化模型,用于计算分析桁架式桩腿所受风载荷,确定简化模型用于计算桁架桩腿风载荷的合理性。计算结果表明,将整个桁架式桩腿截面等效为正三角形或圆形,计算得到桁架桩腿风载荷比较接近实际情况。     

极端冰况下的导管架平台解决方案

针对在严寒地区海冰对导管架平台结构的冲击这种特殊海况,提出了一种新型抗冰结构形式--正倒三角形简易导管架平台结构,使用模态和冰激理论进行计算机模拟,考虑风载的影响因素,对比新老平台结构进行了冰振反应分析,探讨了这种结构对减轻冰力和结构反应的作用.结果表明能有效地减少冰板对平台的冲击.     

基于流固耦合算法的DP半潜平台浮体的振动响应分析

利用ANSYS软件建立DP半潜平台浮体结构的有限元分析模型。采用流固耦合算法,确定结构动力特性。考虑动力定位推进装置的特殊性及工况,通过经验公式计算激励大小,完成结构振动响应分析。     

自升式平台桩靴砂箱设计研究

该文对采用桩靴砂箱完成自升式平台坞内升桩的技术进行了研究,通过数值计算分析了砂箱中心砂层厚度、内摩擦角及弹性模量三个参数对砂层载荷传递效果的影响,设计合理的砂箱结构以保证平台升桩时坞底结构和自升式平台的安全。     

6 MW新型浅水浮式风力机概念设计和运动响应分析

为使浮式风力机向浅海水域拓展,结合Spar与Semi平台的特点,提出适用于南海浅水水域的新概念浮式风力机平台。运用NREL_FAST软件建立浮式风力机系统气动-水动-锚链-弹性-伺服耦合的非线性动力学分析模型,采用叶素-动量理论计算气动载荷,采用势流理论和莫里森黏性阻尼修正方法计算水动力载荷,采用三维有限元法计算锚链系统载荷,在风、浪、流环境载荷作用下研究不同风浪夹角下新概念浮式风力机运动响应性能。结果表明：6 MW新概念浮式风力机在南海50 m水深水域中支撑6 MW风力机运动响应良好;浪向角改变对纵荡运动影响较大,对纵摇、艏摇和垂荡运动运动有一定影响。新概念浮式风力机在南海50 m设计海域运动性能良好。     

海洋桩基平台生活模块的隔振研究

针对海洋环境引起的桩基平台的振动,提出采用叠层橡胶支座为其生活模块进行隔振。对简化后的计算模型进行了理论分析,给出了水平限位措施和支座稳定性的校核方法。通过算例计算,研究了隔振效果,以及支座水平刚度、外激励频率与生活模块响应的关系。     

Spar平台垂荡-纵摇内共振特性研究

考虑变化的排水体积和初稳心高的影响,建立垂荡一纵摇的耦合运动方程,简化的运动方程是非线性的,采用多尺度法得到了耦合运动方程的一阶定常响应解。运用非线性动力学理论,研究了Spar平台发生垂荡主共振时垂荡一纵摇耦合运动的饱和现象、幅值跳跃现象和解的稳定性等问题,并提出了相关的工程建议。     

地基边界条件对自升式平台桩腿承载性能的影响

针对深水自升式平台桩靴边界条件模拟问题，以某300英尺(1英尺=0.304 8 m)自升式平台为例，采用ANSYS有限元软件进行静力分析和极限承载力分析，对比常规铰支和弹性基础约束条件对自升式平台桩腿强度的影响，进一步探究不同桩-土边界条件对桩腿极限承载力和失效模式的影响。结果表明：弹性基础约束方式可有效降低重力二阶效应(p-Delta效应)的影响程度，使相应工况下的有效应力明显减小，在这种约束方式下计算得到的桩腿刚度更大且桩腿会率先进入塑性阶段；铰支约束过于保守；在2种边界条件下桩腿的失效模式也有较大差异。研究结果可为自升式平台的设计提供参考。     

分体式平台对接过程中牵引索动态响应分析

采用分体式平台模式,对现有作业水深(50 m)较浅的圆柱形桩腿自升式平台进行升级改造,即在其底部增加一套沉垫式刚性支撑结构,利用对接装置将上分体平台桩腿和下分体支撑桩腿对接,使上、下分体结合成一座沉垫型自升式平台。基于三维时域线性势流理论和Morison理论研究不同环境条件、不同压载模式下平台上分体对接过程中的平衡位置和位移响应,通过时域分析研究牵引索应力分布和位移响应情况;并通过实验室物理模型实验分析不同对接位置牵引索的动态响应。当环境载荷作用力从平台艏部入射时,纵荡对牵引索的位移响应影响最大。随着水深的增加,牵引索的轴向拉力值逐渐减小,竖向偏离角度逐渐减小。分体漂浮状态下牵引索受平台质量影响较大,下分体拖缆受力远小于上分体;一端分体固定时,牵引索牵引力下降明显。牵引索受力震摇幅值受波浪周期和波高影响显著,总的趋势是随着波浪周期和波高的增大而增大。