海洋核动力平台定位系统多体动力学建模与分析

海洋核动力平台可以为海上油气开发、偏远岛屿和海水淡化等提供稳定的能源供给, 是具有潜力的重要海洋装备. 定位系统作为核动力平台的核心部位, 主要由单点转塔、YOKE刚臂、系泊腿和系泊支架组成, 属于典型的多刚体动力学系统. 对定位系统进行多体动力学分析可以提高核动力平台长期作业的可靠性. 基于多刚体动力学理论, 结合定位系统多铰连接的拓扑结构, 建立了定位系统的多体动力仿真模型; 进而考虑核动力平台作业海洋环境, 通过谱分析与线性叠加原理得到核动力平台在多年重现期下的六自由度运动时程. 以我国首座海洋核动力平台为例, 利用多体动力学模型分别计算了一年一遇、十年一遇和百年一遇海况下定位系统的系泊回复力与连接结构受力行为. 计算结果与准静力学模型、Kane动力学模型进行对比, 给出了定位系统的系泊回复刚度曲线, 并提出了系泊回复力动力放大系数. 研究可为定位系统系泊能力评估和各连接结构受力分析提供参考和借鉴.      

海洋平台管节点应力分析研究工作展望

本文在我国目前海洋平台管节点研究工作的基础上,提出今后管节点应力分析研究的几点意见,包括对复杂管节点及组合载荷作用下的研究,管节点静强度应从冲剪强度准则转向极限强度准则的研究,弹-塑性分析的研究,以及管节点局部变形的研究等.对上述研究方向的目的、意义及作法等提出了看法.      

船舶与海洋平台撞击的荷载模拟

以某导管架结构的X斜撑在导管架安装阶段受到大吨位起重铺管船撞击后的损伤检测结果为依据。对碰撞过程进行了数值模拟,按照构件模型从简单到复杂的模拟思路得到了船舶对海洋平台结构的撞击力。建立了船舶与海洋平台碰撞系统的力学模型,对导管架平台受损构件进行了等效静力强度计算分析。为了考虑在船舶冲撞下的整体平台结构动力效应的影响,在分析时考虑了碰撞过程的水动力效应,桩-土-平台结构的相互作用,采用非线性弹簧来模拟受损构件局部凹陷损伤,在船舶以不同的速度与平台发生碰撞的情况下,模拟出平台受撞击构件的永久凹陷变形与碰撞接触时间的曲线．反演分析计算了船舶对平台结构碰撞的最大撞击力。为确定受到撞击后导管架平台结构构件和管节点的损伤程度,提出合理可行的修理加固方案提供了分析依据。     

海洋平台碰撞和损伤分析的进展

本文详细综述了平台结构的碰撞和损伤分析.十儿年来,在这一领域内提出了许多有用的概念和切实可行的分析方法.文中介绍了分析碰撞和损伤的各种方法,并介绍和比较了钢质平台的能量吸收模型.      

导管架海洋平台自振特性的简化计算方法

本文提出一个方程中考虑剪切、弯曲、转动惯量效应,而其它如塔架形状变化,平台面转动惯量及台面集中质量变化等其它影响因素均以修正系数方法确定,给出平台基本频率的简化算法。     

铰接塔海洋平台的振动控制

采用调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)设计了铰接塔海洋平台的振动主动控制方法.首先给出了考虑重力梯度、水压力差、波浪力等外部载荷作用的系统动力学方程,并采用有限差分法对方程进行了离散,而后采用最优控制方法设计TMD的主动控制,并给出了TMD参数的设计方法.仿真结果表明,主动TMD的控制效果优于被动TMD,而且主动控制时的TMD位移量明显小于被动控制方法.     

冰区海洋平台的时变疲劳可靠性分析

冰区海洋平台在交变冰力作用下的管节点疲劳是影响平台安全的主要因素。本文结合现有的冰疲劳环境荷载及冰力谱函数,提出了相对于冰速、冰厚随机冰载的管节点应力幅显式近似计算公式;将海洋平台管节点的全寿命划分为裂纹萌生和扩展两个阶段,分别采用S-N曲线法和Paris公式来计算相应的寿命;并考虑了管节点抗力随时间的衰减,得到了时变疲劳可靠性计算公式;最后对渤海JZ20-2 MSW平台进行时变疲劳可靠性分析。结果表明,本文提出的疲劳应力幅近似计算方法和时变可靠性分析方法是合理有效的。     

考虑设计规范的海洋平台结构选型优化

针对具体海洋环境条件和生产要求,对导管架平台结构进行选型优化——拓扑布局与构件尺寸的联合优化,充分考虑设计规范的要求,建立多设计准则、多约束条件和多荷载工况的设计模型,其中环境荷载包括：风、浪、流、海冰从不同方向对平台的作用。通过结构选型优化获得最佳的结构拓扑布局形式,在降低平台造价的同时,设计出满足结构的稳定特性、安全寿命等多种设计准则的新型平台结构。     

海洋平台离散模型振动控制研究

对近海平台离散结构模型在特征波浪载荷下,以平台上甲板最小位移为目标,比较了单个及多个调谐阻尼器（TMD）对系统各阶模态的抑振效果,结果表明,安装在第一模态质量上的调谐阻尼器对系统各阶模态振动的抑制作用最大;获得了海洋平台离散模型振动控制阻尼器的设计优化参数,为工程阻尼器设计提供了依据。     

复杂节点冰激疲劳分析的高效谱分析方法

冰激疲劳是威胁渤海湾导管架平台安全的一个重要因素.由于疲劳分析需要考虑所有可能环境工况下的热点应力计算,因而往往是一个复杂而费时的过程,特别对于具有复杂节点的大型结构.本文提出了处理不规则复杂节点的冰激疲劳分析的高效谱分析方法,采用既可以考虑结构整体又可以模拟局部节点细节的混合有限元模型,并结合虚拟激励法来计算热点应力的功率谱密度,在保证精度的前提下大大提高了疲劳分析效率.最后通过一个实际平台的疲劳分析实例表明了方法的可行性和实用性.本文提出的方法也可以应用于受循环载荷作用的其他结构疲劳分析中.     

基于离散元-有限元模型的冰激锥体海洋平台结构振动分析

冰荷载是影响海洋平台结构及其上部设备作业安全的重要因素。针对海洋平台与海冰相互作用的动力过程,采用具有粘接-破碎性能的离散元方法(DEM)对海冰的破碎特性进行分析,采用有限元方法(FEM)对海洋平台结构的动力响应进行计算;同时考虑海冰与海洋平台结构的耦合作用,将海冰的离散元方法与海洋平台结构的有限元方法相结合,建立了冰激海洋平台结构振动的DEM-FEM模型,并由此计算海冰作用下海洋平台结构的振动响应以及冰荷载特性。     

基于疲劳损伤和倒塌事故的导管架平台结构风险分析

基于风险的检验技术已成为海洋工程领域的研究热点,其优势在于优化检验范围,减少检验成本。通过有限元方法对导管架平台结构的疲劳损伤和倒塌失效进行数值计算,并基于可靠性理论对平台结构关键构件的疲劳失效概率以及该构件疲劳破坏后平台结构的整体倒塌失效概率进行确定,形成风险矩阵,以制定相应的检验计划。在此基础上,对南海某导管架平台结构进行了定量风险评估,形成关键节点和构件的风险矩阵,并给出了相应的检验目标以指导制定检验计划。本文工作可为导管架平台结构制定合理高效的检验计划,在保障平台结构安全作业的同时降低运行费用。     

海上平台结构疲劳与疲劳可靠性分析程序设计

本文介绍了作者开发的适用于固定式导管架海上平台结构系统疲劳与疲劳可靠性分析程序系统的设计原理、结构及功能特点。最后，以一固定式导管架平台作为算例验证了程序系统的可靠性与实用性。     

海上风机动冰力模型试验相似律研究

相似律在模型试验中发挥着非常重要的作用,虽然目前静冰力模型试验的研究比较全面,但还没有一个完整适用的动冰力相似律作为动冰力模型试验基础.本文针对冰激结构振动中动冰力模型试验相似律,基于弹性相似与柯西(Cauchy)相似的联合相似准则,提出了两种动冰力相似律.建立并改进了能够反映冰与结构水平相互作用的相互作用系数.以NR...     

基于模态力谱的不同风谱风振效应差异分析

为明确风谱对顺风向风振效应的影响,选择工程常用的Davenport谱与Simiu谱,基于随机振动理论,对一座典型独柱式避雷针的风振效应进行了多种工况的频域计算,并提出采用模态力谱而非直接使用风谱判断风振响应的大小。研究表明:Davenport谱不随高度变化,而Simiu谱随高度变化,难以通过风谱的对比直接确定各自所得风振响应的大小,但模态力谱可综合考虑整个结构表面脉动风场的贡献,对于以单一模态为主的响应,可准确评价不同风谱所得风振响应的大小;在本文各种工况下,Davenport谱所得背景响应基本上略小于Simiu谱结果,但Davenport谱所得前2阶模态力谱在结构对应频率位置的谱值均大于Simiu谱所得模态力谱,故前者所得共振分量和总脉动响应均偏大。     

Nonlinear analysis of slow drift extreme responses of a compliant offshore structure

This paper first demonstrates that the accuracy and efficiency of the method of numerical simulation often used is not very high in predicting the slow drift surge extreme responses of a compliant offshore structure. Next, the slow drift surge extreme responses of the structure are analyzed via the path integral solution racy and efficiency of the PIS （PIS） method, and the accumethod is found to be higher than those of the numerical simulation method. A compound PIS （CPIS） method is first proposed in this article to further improve the efficiency of the path integral solution method, and the accuracy and efficiency of the CPIS method is validated.     

Frequency-domain analysis of non-linear wave effects on offshore platform responses

In this study, the effects of second-order non-linear random waves on the structural response of slender fixed offshore platforms are investigated based on frequency-domain Volterra-series approach and previously proposed correlation function/FFT-based cumulant spectral method. The cumulants of non-Gaussian water particle kinematics are derived and, Morison force is approximated in cubic functional transformations of Gaussian processes. Volterra series is applied to evaluate the power spectra of wave force and induced structural displacement. The more convenient and more efficient power spectral and tri-spectral analyses by cumulant spectral method are presented as well. The thereby estimated variance, skewness and kurtosis excess agree well with time-domain simulation results. It is found that non-linear wave effects result in stronger non-Gaussian behavior of wave force and structural response, especially in seas of finite water depth.     

海上平台结构系统静强度可靠性分析程序系统

本文介绍了适用于固定式导管架海上平台结构系统静强度可靠性分析程序系统（OP－SLRA）的功能特点、原理及结构．最后，以一固定式导管某平台作为算例验证了程序的可靠性。