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自升式平台强度评估若干问题研究

自升式平台强度评估若干问题研究

作者：杨曙光哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

自升式平台所处的环境复杂,不但受到海风,波浪,海流等载荷,与海底地基有着复杂的相互作用,这些载荷对自升式平台的作用以及它们之间的相互作用,有着明显的非线性特性,并伴随有动力性、随机性等,本文从工程实际出发,对自升式平台强度评... 详细信息

自升式平台所处的环境复杂,不但受到海风,波浪,海流等载荷,与海底地基有着复杂的相互作用,这些载荷对自升式平台的作用以及它们之间的相互作用,有着明显的非线性特性,并伴随有动力性、随机性等,本文从工程实际出发,对自升式平台强度评估中存在的多种技术问题进行了研究探讨,主要工作如下： 1研究自升式平台环境载荷的计算方法,根据相关规范进行了风、浪、流载荷的计算,对本实验室自升式平台桩腿波浪载荷计算程序的修改与完善开发,编制了包括系数的选取模块,空间杆系坐标变换,波浪自由面延展,海流的影响,随机海浪的生成和反演及随机波浪载荷计算的程序。 2研究了自升式平台指定地点结构直接计算方法,包括平台的三维有限元建模技术,莫里森力程序与MSC/Patran的接口技术,约束的处理方式,平台与桩腿连接方式等。保证平台的刚度与质量,并实现波浪载荷的自动加载和计算。 3对自升式平台环境参数的选择方法进行探索,并在确定计算工况后对平台进行有限元分析,考察P-DELTA效应的影响,对桩腿进行屈服与屈曲校核,找到平台强度评估所要重点关注的破坏形式。 4结合波浪载荷技术和有限元动力分析技术,编制了动态载荷与Nastran的接口程序,对自升式平台在规则波与不规则波下的动力分析方法进行研究,探讨动力分析的波浪参数选择问题,并在此基础上找到平台的动力放大效应并预报平台的响应极值。 5研究了自升式平台的桩靴与土壤的相互作用,并利用ABAQUS软件在材料非线性,大位移,接触等方面的优势,对桩腿与土壤相互作用进行了数值模拟的初步研究。 6对自升式平台在迁移过程中的强度评估方法进行研究,对一艘自升式平台的运动进行短期预报,并与规范值相对比,进一步得到迁航工况的环境载荷,对迁航状态进行强度评估。

关键词：自升式平台设计波动力放大随机动力分析迁航土壤承载力

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半潜式平台结构强度评估与疲劳寿命评估

半潜式平台结构强度评估与疲劳寿命评估

作者：刘娟华中科技大学

学位级别：硕士

半潜式平台作为海洋油气开发、实现“建设海洋强国”战略目标的最佳装备之一,由于平台服役于恶劣复杂的海洋环境中,其整体结构强度和热点应力部位的疲劳强度对其在全寿命周期的服役安全性至关重要。因此开展半潜式平台结构安全性评估对... 详细信息

半潜式平台作为海洋油气开发、实现“建设海洋强国”战略目标的最佳装备之一,由于平台服役于恶劣复杂的海洋环境中,其整体结构强度和热点应力部位的疲劳强度对其在全寿命周期的服役安全性至关重要。因此开展半潜式平台结构安全性评估对平台设计和运营都具有极为重要的研究价值。本文从波浪载荷预报、结构强度评估、疲劳强度评估几个方面对某半潜式平台的结构安全性进行了分析和评估,主要研究工作包括:(1)基于水动力分析软件——SESAM开展了半潜式平台的波浪载荷预报研究,计算了不同入射波频率和浪向下平台的运动响应(RAO)特性。通过计算平台的垂直波浪弯矩和扭矩等表征船舶水动力载荷的控制参数,计算控制参数在超越概率下的长期预报结果。然后基于平台运动响应特性,给出平台整体结构强度计算所需要的设计波载荷参数。(2)以***/Nastran商业软件为平台,建立半潜式平台的整体结构有限元计算分析模型。基于设计波方法对其进行整体结构强度的直接计算,得到了平台结构组成构件的应力水平,对半潜式平台进行了合理的强度评估。(3)基于结构强度分析结果,选取应力集中部位作为疲劳强度校核的热点,进行了热点的网格细化。采用谱分析方法,基于S-N曲线和Miner线性累积损伤理论评估半潜式平台的疲劳强度,给出各细化热点处节点疲劳寿命,对于不满足要求的热点,提出了结构设计改进建议。通过本课题的研究,为半潜式海洋平台的总体强度进行了评估。研究成果可为以后开展半潜式平台相关分析提供指导。

关键词：半潜式平台波浪载荷设计波谱分析法

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舰船结构疲劳强度评估方法研究

舰船结构疲劳强度评估方法研究

作者：钟音哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

疲劳破坏是船舶与海洋工程结构失效的主要模式之一，一直是船舶与海洋工程领域研究的热点。本文主要对舰船的结构疲劳评估方法进行研究，其主要内容如下：(1)对现有军船规范与民船规范的简化方法进行比较研究。从船体梁载荷的计算、海... 详细信息

疲劳破坏是船舶与海洋工程结构失效的主要模式之一，一直是船舶与海洋工程领域研究的热点。本文主要对舰船的结构疲劳评估方法进行研究，其主要内容如下：(1)对现有军船规范与民船规范的简化方法进行比较研究。从船体梁载荷的计算、海水动压力的计算、船舶运动加速度、船体梁应力的计算、参考应力的计算、S-N曲线、疲劳评估准则等方面对国军标、CCS规范、BV军规进行了详细的比较分析，对军船入级中疲劳评估简化方法进行了前瞻性的研究。(2)对基于谱分析的疲劳评估直接计算法进行研究。首先论述了船舶结构疲劳评估谱分析方法的基本原理和计算过程，然后对于具体实施过程中的一些技术细节，如一些提高加载效率的方法、边界条件的处理以及角隅处应力的提取等在以往的基础上进行了进一步的研究(3)对疲劳评估的设计波法进行了研究。分别讨论了设计波载荷控制参数及依据控制参数选择设计波的方法，提出了一种适合于角隅疲劳评估的设计波方法。以四条舰船作为算例分别采用设计波法和谱分析法进行疲劳评估，通过对结果的对比认为该设计波法结果是可信的。(4)疲劳评估是极其细致的工作，对结构局部细节的处理不当会使结果产生很大的误差。本文分别讨论了对于不同结构的不同处理方法，对一些最新的研究成果进行研究，对其应用在舰船结构疲劳评估中的可行性进行了探讨。

关键词：疲劳强度简化方法谱分析设计波角隅

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“番禺30-1”导管架平台风险评估

“番禺30-1”导管架平台风险评估

作者：高苹梅中国石油大学(华东)

学位级别：硕士

“番禺30-1”导管架平台位于南海海域,所处海洋环境极为恶劣。加之该平台体积庞大,结构复杂,杆件和管结点数目众多,所以对其进行风险评估对于平台的安全服役意义重大。首先,本文对“番禺30-1”导管架平台进行极端海洋环境下的静力分析... 详细信息

“番禺30-1”导管架平台位于南海海域,所处海洋环境极为恶劣。加之该平台体积庞大,结构复杂,杆件和管结点数目众多,所以对其进行风险评估对于平台的安全服役意义重大。首先,本文对“番禺30-1”导管架平台进行极端海洋环境下的静力分析。通过Weibull分布拟合得到了南海百年一遇设计波要素,并与百年一遇风、流组合作为分析环境,对平台和桩腿进行静力分析。根据分析结果,本文对上部组块以及桩腿的应力和位移进行了分析,并使用SESAM软件的规范校核方法对导管架杆件和管节点进行规范校核,从而对平台在极端海况下的安全状态进行全面地评估。研究表明平台甲板、桩腿和导管架在极端海况下的力学性能均满足安全要求。然后,本文使用ANSYS软件的瞬态分析方法,对“番禺30-1”导管架平台进行了极端海况下的动态特性分析。首先进行自振特性分析,得到结构的自振周期不会与波浪周期发生共振。在此基础上进行瞬态分析,得到了单元的应力、位移时程曲线,以此对平台在极端海况下的动态特性进行安全评估。其次,本文对“番禺30-1”导管架平台进行了随机波环境下的疲劳损伤分析。瞬态分析得到9个代表点的应力时程曲线后,利用有限元方法反推求得各个代表点的应力集中系数,进而得到热点应力时程曲线,并使用雨流统计法进行应力幅值统计。选用DNV规范推荐的T型S-N曲线,按照Miner线性累计理论,计算9个代表点的年疲劳损伤量,对平台在作业工况下的疲劳寿命进行评估。研究表明9个代表点的疲劳寿命均满足要求。再次,本文就平台的腐蚀疲劳、海生物附着问题进行定量分析和评估,通过分析发现腐蚀会加剧结构疲劳,海生物附着则会增大结构受力。根据这一结论,本文提出了相应的解决措施,并给出了进行海生物清理的附着厚度最大值。最后,本文对船舶靠泊时平台的受力情况进行计算分析,从正向靠泊和侧向靠泊两方面进行分析和研究,结果表明侧向靠泊比正向靠泊更偏于安全;从平台强度和设备安全方面分析,对船舶侧向靠泊时最大法向靠泊速度和无护舷情况下船舶靠泊最大法向靠泊速度给出了建议值,对安全的船舶靠泊提供指导。

关键词：设计波随机波疲劳损伤风险评估

船体总纵强度分析中波浪非线性载荷的计算研究

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船体总纵强度分析中波浪非线性载荷的计算研究

作者：李曌斌上海交通大学

学位级别：硕士

波浪载荷是船体结构总纵强度校核当中的关键性载荷。对于标准船型,船级社在入级规范给出了总纵强度校核时波浪载荷设计值的计算公式和对应的许用衡准。对于非常规船型,波浪载荷则需要通过水动力直接计算的方法进行。目前,使用基于频域... 详细信息

波浪载荷是船体结构总纵强度校核当中的关键性载荷。对于标准船型,船级社在入级规范给出了总纵强度校核时波浪载荷设计值的计算公式和对应的许用衡准。对于非常规船型,波浪载荷则需要通过水动力直接计算的方法进行。目前,使用基于频域线性算法计算波浪载荷的频率响应函数并配合法谱分析计算波浪载荷设计值的线性方法,在非常规船型波浪载荷直接计算中应用最为普遍,是各船级社所推荐的波浪载荷设计值的直接计算方法。但是,由于使用频域线性算法不能考虑波浪载荷的非线性效应,对于小方形系数船舶进行载荷计算时将产生较大的误差。尤其在波浪载荷设计值的预报上,由于波浪载荷设计值发生在海浪波幅较大的情况下,此时波浪载荷的非线性效应非常显著,线性算法计算的波浪载荷设计值与实际情况有很大的偏差。在这种情况下应采用时域非线性算法对波浪载荷进行计算,并通过数理统计的方法对波浪载荷的设计值进行预报。针对这一情况,本文研究了船体总纵强度校核当中波浪载荷的非线性计算方法,主要完成的工作和结论有:(1)对确定波浪载荷设计值的规范公式、坦谷波法、频域线性算法和时域非线性算法的原理进行了对比和分析,说明在计算船艏外飘明显,且舷侧不与静水面垂直的小方形系数船舶时,应使用时域非线性算法。(2)以一艘方形系数Cb=0.52的高速船为研究对象,以船舯剖面波浪弯矩为例,使用频域线性算法计算了载荷的频率响应函数,并通过谱分析方法进行了载荷设计值的长期预报;使用时域非线性计算的方法对船体在随机波浪之下的载荷响应进行了长时间的数值计算,使用数理统计的方法对弯矩值进行了采样和分布拟合,确定了计及非线性效应的波浪弯矩设计值。(3)提出利用等效设计波法对非线性波浪载荷时域计算的简化方法——“非线性设计波法”,给出了设计波参数的选取办法,使用“非线性设计波”计算了波浪载荷的设计值,与随机波浪下的计算结果进行了比较,结果吻合较好。(4)使用全船结构直接计算的方法,给出了使用“非线性设计波”法进行船体结构强度校核的过程,包括:全船结构有限元模型的建模要求,边界条件与载荷施加方法。最后列举了本文研究对象的结构求解结果。

关键词：总纵强度波浪载荷非线性设计波

基于HYDROSTAR的大型半潜船波浪载荷预报研究

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船舶工程 2016年第S1期38卷 5-7页

作者：杨索贤李伟凌芳芳上海振华重工(集团)股份有限公司上海200125

在船舶结构的强度分析中,波浪载荷是外载荷的重要组成部分,一般可按船级社经验公式计算。对超出规范适用范围的船舶需直接计算。文章采用数值分析软件HYDROSTAR,基于等效设计波法,对某大型半潜船进行了波浪载荷的直接计算,并总结了等效... 详细信息

在船舶结构的强度分析中,波浪载荷是外载荷的重要组成部分,一般可按船级社经验公式计算。对超出规范适用范围的船舶需直接计算。文章采用数值分析软件HYDROSTAR,基于等效设计波法,对某大型半潜船进行了波浪载荷的直接计算,并总结了等效设计波的计算方法和流程。

关键词：大型半潜船波浪载荷设计波 HYDROSTAR

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8500TEU集装箱船整船弯扭强度分析

8500TEU集装箱船整船弯扭强度分析

作者：王小宁哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

集装箱船是用于远洋运输的主流船型之一。由于其结构上的特殊性—货舱的大开口，使得其在结构强度和变形等问题上不同于其它常规型船舶。要得到比较精确的变形和应力结果，必须使用整船有限元结构分析。本文以8500TEU集装箱船为背景，... 详细信息

集装箱船是用于远洋运输的主流船型之一。由于其结构上的特殊性—货舱的大开口，使得其在结构强度和变形等问题上不同于其它常规型船舶。要得到比较精确的变形和应力结果，必须使用整船有限元结构分析。本文以8500TEU集装箱船为背景，采用整船结构有限元分析方法，首先建立全船结构的有限元模型;再采用挪威船级社(DNV)的CSA—2(Computational Ship Analysis—2)的思想，用三维流体动力计算程序进行了波浪随机载荷预报，并在此基础上导出设计波参数组;最后，在全船有限元模型上计算船体结构在各个设计波上的应力分布和变形，得出船体结构的详细变形和应力结果。本文详细阐述了进行整船有限元结构分析的全过程及方法，包括建立有限元模型和质量模型，波浪诱导载荷的特点及分析，设计波的确定和集装箱船弯扭强度的计算方法等。本文的分析方法以及所得到的船体结构有限元分析结果对同类型集装箱船的设计和强度分析也有一定的参考价值。本文中的计算采用了挪威船级社(DNV)的SESAM程序系统。

关键词：集装箱船船体结构弯扭强度有限元方法波浪诱导载荷设计波

深水半潜平台总体强度分析中波浪载荷计算与简化建模方法研究

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深水半潜平台总体强度分析中波浪载荷计算与简化建模方法研究

作者：张朝阳上海交通大学

学位级别：硕士

波浪载荷计算和有限元模型建立是半潜平台整体强度分析中两个主要方面。其中,不同方法计算的设计波波浪载荷计算差别较大,需要针对各种不同的方法进行详细的对比研究,从而为波浪载荷计算方法的合理选取提供参考依据。另外,平台结构复杂... 详细信息

波浪载荷计算和有限元模型建立是半潜平台整体强度分析中两个主要方面。其中,不同方法计算的设计波波浪载荷计算差别较大,需要针对各种不同的方法进行详细的对比研究,从而为波浪载荷计算方法的合理选取提供参考依据。另外,平台结构复杂、加筋较多,有限元分析中建模和计算工作量巨大,而在设计初期,结构设计与分析是个交互过程,需要结构分析快速及时的反馈。所以在保证一定精度的前提下,适当的运用简化方法对加筋板进行等效处理来提高分析效率,具有实际工程意义。本文主要针对以上两方面问题结合新式半潜平台进行研究,主要内容包括: 1)介绍了基于三维频域势流理论的波浪载荷基本原理,对三种不同的设计波计算方法进行了详细的阐述。 2)综合考虑了波陡、海域、回复期、波浪谱等因素的影响,结合新式半潜平台对不同的设计波法波浪载荷确定进行深入对比计算和研究。 3)研究了加筋板等效为正交异性板的简化原理,分平面应力状态和平板弯曲状态分别进行讨论,对两种状态下等效参数换算和主要考察应力还原进行理论推导和验证。 4)将简化理论和有限元软件相结合,运用PCL语言进行软件二次开发,实现等效参数的自动生成和应力的自动还原,并结合目标平台进行了初步应用。

关键词：半潜平台整体强度波浪载荷设计波加筋板简化正交异性板

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半潜式平台总体强度评估技术研究

半潜式平台总体强度评估技术研究

作者：陈北燕哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

半潜式平台是海洋油气开发的主要装备之一,为确保其结构的安全性,对平台进行结构强度评估是十分有必要的。世界各主要船级社和一些权威专业机构,如挪威船级社、美国船级社、美国石油学会以及英国能源部等,都为此颁布了自己的设计规范或... 详细信息

半潜式平台是海洋油气开发的主要装备之一,为确保其结构的安全性,对平台进行结构强度评估是十分有必要的。世界各主要船级社和一些权威专业机构,如挪威船级社、美国船级社、美国石油学会以及英国能源部等,都为此颁布了自己的设计规范或评估计算指南。这些技术文件为结构评估提供了基本原则,但是对具体的校核分析方法及实现的具体途径并未作明确详细的说明。本文的主要目的是以某实际平台的强度校核为例,为半潜式平台强度评估过程中的一些关键环节提供合理的解决方案。为此,本文着重研究以下几方面的内容: 1)研究了采用设计波法分析结构强度所需设计规则波的确定方法,包括确定性方法和随机性方法,并结合实例分析对比两种方法的适用性和差异。 2)根据半潜式平台的典型操作状态,结合平台处于最不利情况时对应的极限设计规则波确定强度评估所需的计算工况。 3)建立空间板梁组合的结构有限元模型,详细论述建模的原则、方法和注意事项等,为评估的正确进行奠定基础。 4)介绍半潜式平台屈服、屈曲强度校核的准则和方法,结合实际平台的整体强度校核,给出评估过程中一些关键环节的合理解决方案,包括校核部位的选择、应力成分的提取、单元类型的处理等。 5)介绍疲劳强度的评估原理和方法,运用基于谱分析的直接计算法对实际平台上所有类型的节点进行疲劳强度校核,并讨论老龄平台疲劳强度的评估方法。

关键词：半潜式平台设计波计算工况疲劳强度