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局部系泊失效下半潜式平台系泊韧性评估方法研究

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安全与环境学报 2024年第3期24卷 836-845页

作者：余杨张文豪吴静怡张鹏辉余建星天津大学水利工程智能建设与运维全国重点实验室天津300072 天津大学天津市港口与海洋工程重点实验室天津300072

半潜式平台系泊失效会引发重大安全问题,为研究局部系泊失效下半潜式平台系泊韧性水平,构建系泊失效至恢复全过程的平台性能水平曲线,并将系泊韧性量化为吸收、适应及恢复3部分。基于平台运动响应及恢复操作构建相应的韧性定量评估指标... 详细信息

半潜式平台系泊失效会引发重大安全问题,为研究局部系泊失效下半潜式平台系泊韧性水平,构建系泊失效至恢复全过程的平台性能水平曲线,并将系泊韧性量化为吸收、适应及恢复3部分。基于平台运动响应及恢复操作构建相应的韧性定量评估指标,并利用CRITIC(Criteria Importance Through Intercriteria Correlation)法进行赋权,进而得到韧性评估3层指标体系。以规则波作用下的南海某半潜式平台为实例,在ANSYS@AQWA TM中建立其数值模型以进行水动力计算,并运用构建的评估指标体系进行系泊韧性评估。结果显示:半潜式平台系泊韧性水平与吸收、适应和恢复能力具有一致相关性,且浪向对角线立柱下两根系缆同时失效时系泊韧性水平最高,同一立柱下两根系缆同时失效时系泊韧性水平最低。

关键词：安全工程局部系泊失效韧性评估半潜式平台评价指标失效位置

局部系泊失效下的TLP平台鲁棒性评估方法研究

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2020年第7期53卷 713-724页

作者：余建星吴静怡余杨徐立新郝帅成司元天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072 天津大学天津市港口与海洋工程重点实验室天津300072

张力腿平台在发生局部系泊失效时可能诱发连续失效进而导致平台整体倾覆.为了研究其抗连续失效的能力,结合张力腿平台在局部系泊失效下的响应特点和结构特点,对其进行鲁棒性评估方法研究.通过在水动力分析软件AQWA中建立张力腿平台模型... 详细信息

张力腿平台在发生局部系泊失效时可能诱发连续失效进而导致平台整体倾覆.为了研究其抗连续失效的能力,结合张力腿平台在局部系泊失效下的响应特点和结构特点,对其进行鲁棒性评估方法研究.通过在水动力分析软件AQWA中建立张力腿平台模型,分析张力腿平台在局部系泊失效下的响应特点和结构特点.从结构属性、结构性能和运动性能3个方面,分别设置合理的鲁棒性定量评估指标,并通过熵值法对指标赋权从而建立确定性鲁棒性评估指标体系,并据此设置了合理的鲁棒性评估流程.最后运用所提出的鲁棒性评估方法进行实例计算,对规则波作用下的两根不同筋腱失效位置组合的张力腿平台进行鲁棒性评估,以验证本文提出方法的适用性和可行性.结果表明:同一立柱下两根筋腱同时失效的鲁棒性表现最差,而对角线立柱下的两根不同筋腱同时失效的鲁棒性表现相对最优;在迎浪、背浪、边浪浮箱下的两根不同筋腱失效的位置组合中,三者的鲁棒性表现相近,背浪浮箱下的两根筋腱表现略差,边浪浮箱下的两根筋腱略优.

关键词：鲁棒性评估张力腿平台局部系泊失效连续失效失效位置

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张力腿平台局部系泊失效模式下动力响应分析

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2019年第1期52卷 40-51页

作者：余建星高晓东余杨郝帅徐立新天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300350 高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200240

针对浮体-张力筋腱非线性耦合系统,采用时域分析方法对局部系泊失效下的张力腿平台进行动力响应分析,重点研究两根筋腱失效时筋腱失效位置、波浪载荷参数与平台各自由度动力响应的关系.结果表明:局部系泊失效对平台横荡、纵荡、艏摇自... 详细信息

针对浮体-张力筋腱非线性耦合系统,采用时域分析方法对局部系泊失效下的张力腿平台进行动力响应分析,重点研究两根筋腱失效时筋腱失效位置、波浪载荷参数与平台各自由度动力响应的关系.结果表明:局部系泊失效对平台横荡、纵荡、艏摇自由度的动力响应影响远小于横摇、纵摇、垂荡自由度;失效位置与平台动力响应关系密切,失效筋腱位置越集中,平台响应越大,反之亦然;筋腱失效后平台在不同波浪载荷参数下的运动特性及顶端张力表现各异.垂荡瞬态阶段响应对波高和波周期敏感性较强,垂荡稳态阶段响应对浪向、波高和波周期敏感性较强;纵摇(横摇)瞬态和稳态阶段响应对浪向、波高和波周期敏感性均较强;波浪载荷参数对筋腱顶端张力的影响较小.

关键词：浮体-张力筋腱耦合动动力学分析局部系泊失效失效位置波浪载荷参数动力响应时域分析

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循环下套管装置卡瓦牙型选取及有限元分析

石油机械 2019年第5期47卷 31-37页

作者：刘嘉玮张杨邓宇丰聂云飞北京化工大学机电工程学院中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院

为了使循环下套管装置能承受较大的工作载荷,并保证装置能够平稳进行下套管作业,对卡瓦上布置的A、B、C这3种类型卡瓦牙进行了对比分析,应用ANSYS Workbench有限元软件,对这3种牙型在拉力和扭矩作用下的应力进行仿真分析计算。计算结果... 详细信息

为了使循环下套管装置能承受较大的工作载荷,并保证装置能够平稳进行下套管作业,对卡瓦上布置的A、B、C这3种类型卡瓦牙进行了对比分析,应用ANSYS Workbench有限元软件,对这3种牙型在拉力和扭矩作用下的应力进行仿真分析计算。计算结果表明:卡瓦只承受拉力作用时,A型牙应力集中,且最大应力超过其屈服极限,因此易被破坏,B型和C型牙所受应力比A型牙小;只承受扭矩作用时,A型牙应力最小,C型牙应力最大;在相同扭矩作用下,卡瓦数量越多,单个卡瓦承受的应力越小。因此,确定循环下套管装置最优卡瓦牙型为B型。根据不同卡瓦牙排列形式,找出卡瓦牙最先失效的位置在卡瓦两侧最下端,并规定B型牙所能承受的最大拉力应小于1 500 kN,这样才能保证整套装置的安全性。研究结果可为卡瓦牙型设计及优选提供参考。

关键词：循环下套管装置卡瓦牙拉力扭矩失效位置有限元分析

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粘结材料对TCBGA组件剪切特性的影响

电子元件与材料 2011年第4期30卷 45-49页

作者：史洪宾吴金昌钱原贵广达上海制造城表面组装技术试验室上海201613 复旦大学信息科学与工程学院上海200433 汉高股份有限公司上海201203

采用印制电路板级集成电路进行剪切试验,对比了十组使用不同粘结材料及不同点胶方式的薄型球栅阵列封装(TCBGA)组件和一组未使用粘结材料的组件的剪切特性。结果表明,这些粘结材料均不同程度地提高了组件的剪切强度,其中底部部分和完全... 详细信息

采用印制电路板级集成电路进行剪切试验,对比了十组使用不同粘结材料及不同点胶方式的薄型球栅阵列封装(TCBGA)组件和一组未使用粘结材料的组件的剪切特性。结果表明,这些粘结材料均不同程度地提高了组件的剪切强度,其中底部部分和完全填充点胶方式效果较佳,相对于无粘结材料,组件所能承受的最大剪切力分别提升了87.51%和53.41%。且随着粘结材料使用量的增加,失效位置呈现从强度较弱的PCB焊盘-基板界面向较强的元件焊盘-焊球界面转移的趋势。

关键词：粘结材料薄型球栅阵列封装剪切特性储能模量失效位置

液压挖掘机焊接接头疲劳失效模式与寿命评估研究

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液压挖掘机焊接接头疲劳失效模式与寿命评估研究

作者：杜亚芳天津大学

学位级别：硕士

液压挖掘机作为工业工程广泛使用的主要作业设备,如何保证其动臂、斗杆等主结构的疲劳服役寿命与安全可靠性具有重要的理论与工程应用价值。然而,现有疲劳评估方法针对复杂焊接接头构造的疲劳起裂位置判定、角焊缝根部失效裂纹扩展角度... 详细信息

液压挖掘机作为工业工程广泛使用的主要作业设备,如何保证其动臂、斗杆等主结构的疲劳服役寿命与安全可靠性具有重要的理论与工程应用价值。然而,现有疲劳评估方法针对复杂焊接接头构造的疲劳起裂位置判定、角焊缝根部失效裂纹扩展角度(扩展路径)及其寿命预测问题开展准确、便捷评估尚存在一定困难。有鉴于此,本文针对液压挖掘机典型焊接接头的疲劳失效模式及其寿命预测方法进行了研究:本文首先采用热点应力、缺口应力、结构应力及应变能密度等方法对挖掘机动臂、斗杆中带垫板V形坡口对接接头进行了有限元模拟分析。预测了其疲劳危险位置、判断相应失效模式,考虑了几何不平度欠缺对失效位置转移的影响规律。通过研究发现:热点应力与结构应力法适用于判定焊接接头由结构性应力集中控制疲劳性能的失效位置;缺口应力法由于过度考虑了缺口性应力集中对接头疲劳性能的影响,而不能很好地预测带有角变形等几何不平度欠缺焊接构件的疲劳失效位置;应变能密度法可准确地预测焊接接头的疲劳失效位置及失效模式。然后,本文针对存在未焊透缺陷,从根部启裂的T型侧板角接接头,提出了一种基于受力分析的等效应力强度因子法(KEQ法),并有效、准确地计算了其应力强度因子,得到了角焊缝焊根失效疲劳裂纹扩展角度。基于等效应力强度因子法、最大周向应力法与有效结构应力法求解了接头裂纹扩展角度,三者分别为25.6°,25.9°和32.2°,相较验证性疲劳试验的根部裂纹扩展角24.0°,相应误差分别为6.7%,7.9%和34.0%。证明了基于KEQ法求解疲劳裂纹扩展角准确性最高,更适于预测承受弯矩载荷作用下的T形接头角焊缝根部裂纹扩展角度。最后,根据断裂力学理论与KEQ法较为精确地预测了T形接头角焊缝根部裂纹的疲劳寿命,并探究了不同未焊透深度、失效角度和载荷方式对其疲劳寿命的影响规律。结果显示:未焊透深度作为初始缺陷对于疲劳寿命影响最大,相差约25.5倍;失效角度对疲劳寿命影响相对较小,也相差6.0倍;在相同应力水平作用下,拉伸加载影响最大。弯矩与拉弯组合载荷作用下T形接头角焊缝根部裂纹的预测疲劳寿命分别为拉伸加载的19.2倍、3.2倍。

关键词：疲劳评估方法失效位置有效应力强度因子法 T型接头焊根疲劳失效

计及风电机侧变流器频率参数对IGBT可靠性影响机制的寿命建模研究

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计及风电机侧变流器频率参数对IGBT可靠性影响机制的寿命建模研究

作者：王志重庆大学

学位级别：硕士

在“十四五”规划的推动下,为发挥我国风能资源丰富的优势,风力发电在新能源发电领域逐渐占据重要位置。变流器作为风力发电系统中最关键且故障率最高的装备,其中功率器件IGBT是最脆弱、最容易失效的部件。准确的变流器可靠性评估结果... 详细信息

在“十四五”规划的推动下,为发挥我国风能资源丰富的优势,风力发电在新能源发电领域逐渐占据重要位置。变流器作为风力发电系统中最关键且故障率最高的装备,其中功率器件IGBT是最脆弱、最容易失效的部件。准确的变流器可靠性评估结果对于整个风电机组的稳定运行、提高经济效益具有重要意义。受风速随机性的影响,机侧变流器输出参数频率(0～20Hz)与IGBT模块热时间常数(100ms)不匹配,而传统寿命模型难以反映多时间常数热载荷对模块的影响,导致可靠性评估不准确。因此,探究风电机侧变流器频率参数对IGBT可靠性的影响机制,对更准确地评估风电机组寿命和制定维护计划有重要意义。本文针对机侧变流器如何表征多时间常数热载荷对模块寿命的作用机制问题,开展了计及频率参数影响的失效机理分析和老化试验研究。以电-热-力多物理场模型为基础,研究了交变应力下频率参数对模块失效的影响机理,定量描述了频率参数和失效位置对热载荷的影响规律,提出了寿命评估的改进模型,并试验验证了模型准确性,开展了双馈风电机侧变流器可靠性评估的算例分析。本文的主要研究内容包括:(1)针对缺乏风电机侧频率参数对模块失效的影响机理问题,构建了研究交流工况下IGBT模块失效机理的电-热-力多物理场模型,该模型考虑了交流损耗与温度的关系及焊层材料的应力-应变行为。并利用该模型分析了不同频率参数对IGBT模块失效的影响机理,以及频率参数对焊料层寿命的影响规律,结果表明频率参数对寿命评估具有重要影响。(2)因风速随机波动导致机侧变流器输出频率变化,且模块失效主要由热应变累积诱发,而传统寿命模型尚未考虑频率差异对寿命的影响,提出了基于频率参数的IGBT改进寿命模型,并利用多物理场模型仿真数据组拟合确定了模型系数。搭建了可调频率参数和热载荷条件的交流功率循环实验平台,通过加速老化试验分析了频率参数对IGBT模块失效演化和寿命的影响,并验证了改进寿命模型的有效性。(3)因IGBT模块热时间常数约为100ms,机侧变流器输出频率大于5Hz时模块热阻未达到稳态,不同失效位置对热载荷具有重要影响,针对风电机侧变流器寿命评估方法忽略频率波动与模块热时间常数不匹配的问题,在双馈风机仿真系统中量化分析了频率参数和失效位置对机侧变流器寿命的影响规律。结果表明芯片焊料层老化后对模块失效的加速作用更明显。同时,与传统模型对比表明未考虑频率参数影响的寿命模型高估了变流器寿命,改进寿命模型更贴近实际的评估结果。

关键词：风电机侧变流器 IGBT模块频率参数失效位置寿命评估

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不同断缆模式下FPSO瞬态运动响应评估

不同断缆模式下FPSO瞬态运动响应评估

作者：秦宇大连理工大学

学位级别：硕士

深海浮式平台通常采用系泊定位方式,由系泊系统保证平台在安全范围内作业,然而系泊缆可能会因自身疲劳、超载、安装损坏等原因失效,导致平台产生大幅漂移从而碰撞邻近船只和平台,带来巨大的经济损失。本文针对采用4×3组合系泊分布的内... 详细信息

深海浮式平台通常采用系泊定位方式,由系泊系统保证平台在安全范围内作业,然而系泊缆可能会因自身疲劳、超载、安装损坏等原因失效,导致平台产生大幅漂移从而碰撞邻近船只和平台,带来巨大的经济损失。本文针对采用4×3组合系泊分布的内转塔式浮式生产储卸油装置（FPSO）,采用非线性时域耦合分析方法,计算不同断缆模式下系统的运动响应变化情况,并评估系泊失效时瞬态响应过程下系统的安全性能。首先,根据船体型线图通过ANSYS-AQWA软件对FPSO平台建模,得到平台水动力模型,应用频域势流理论计算FPSO平台在规则波下的波浪载荷和RAO等水动力系数,并通过二阶波浪力计算结果来对网格收敛性进行验证。设计平台系泊并对完整FPSO系泊系统进行时域耦合分析,将结果和MARIN水池实验结果进行对比分析,通过静态和动态特性验证系泊系统布置的准确性和分析结果的可靠性。其次,以墨西哥湾百年一遇海洋环境荷载大小为代表,分别设置3种不同风、浪、流入射角度作为环境工况,以系泊完整时所受张力最大的#2系泊缆为参照,分别设置单缆、同侧双缆、对侧双缆和邻侧双缆4种失效模式,给每种环境下失效工况进行编号,并分析比较不同断缆模式下系泊系统的纵荡、横荡刚度变化情况,为后续机理分析提供基础,结果表明系泊系统某一自由度的刚度取决于该方向的失效系泊数量和失效系泊位置,失效系泊数量越多,系统刚度越小,同侧双缆失效的系泊系统刚度比对侧失效更小。然后,对不同断缆模式下FPSO系泊系统进行非线性时域耦合分析,比较平台的运动响应以及系泊张力变化情况,并结合刚度变化对响应结果进行机理研究。结果表明:系泊缆的失效对平台垂荡、横摇、纵摇响应影响不大,主要影响平台的纵荡、横荡及艏摇运动,其变化规律与失效后系泊系统的刚度和对称性密切相关,同一自由度下刚度越大运动响应越小,对称性破坏程度越小,平台运动响应越小。当同侧一根或两根系泊失效时,平台的平衡位置发生改变,同侧剩余的系泊将承担瞬时环境荷载冲击,致使剩余系泊的张力在短时间内骤增,最大瞬时增幅度可达系泊完整时的2.6倍,该失效工况是系泊系统和平台最危险情况。最后,针对非极端海况和不同波浪种子两种随机不确定因素,对失效情况下FPSO系泊系统极值响应情况进行研究,结果表明,仅采用单一随机波浪种子时系泊线的平均峰值张力存在约8%的波动误差,平台平均峰值响应存在约15%的波动误差,同时环境荷载越恶劣,分析结果不确定性越大。

关键词： FPSO 断缆失效位置时域分析安全系数

基于LTCC基板温度载荷条件下失效的仿真分析

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装备制造技术 2018年第3期 204-208页

作者：王天石时生淦马洪波刘洋志张怡邓超中国电子科技集团公司第二十九研究所四川成都610036 西安电子科技大学机电工程学院陕西西安710071

针对低温共烧陶瓷(LTCC:low temperature co-fired ceramic)基板温度载荷条件下出现裂纹从而引起失效的问题进行研究,建立LTCC基板与盒体的有限元模型,根据LTCC基板的载荷条件采用热结构耦合仿真分析。将分析结果与LTCC基板失效位置进... 详细信息

针对低温共烧陶瓷(LTCC:low temperature co-fired ceramic)基板温度载荷条件下出现裂纹从而引起失效的问题进行研究,建立LTCC基板与盒体的有限元模型,根据LTCC基板的载荷条件采用热结构耦合仿真分析。将分析结果与LTCC基板失效位置进行对比,查看在裂纹产生次数较多位置的应力集中情况,对LTCC基板失效原因进行分析,为LTCC基板的结构优化提供依据与支持。

关键词： LTCC基板温度载荷失效位置仿真分析