不同浪向下管道下水过程中托管架的动力学分析

托管架在管道下水的过程中起着支撑及引导的重要作用。为研究托管架的力学性能,参考某铺管船托管架具体参数,结合工作海域具体海况,通过对管道下水过程的必要简化,基于凝集质量法,将托管架离散成凝集质量模型,运用大型水动力分析软件OrcaFlex建立了不同浪向下托管架的动力学分析模型。运用时域耦合分析得到了不同浪向下管道与托辊之间接触力、各个托辊处的位移、速度等的变化情况,计算结果对具体工程实践有一定的指导意义。     

动力定位失效模式下FPSO-CALM系泊系统的动力学特性响应研究

动力定位FPSO侧推器失效后会对CALM系泊系统造成影响,需要对这种影响进行预测与评估。采用凝集质量法将系泊缆索离散为凝集质量模型并计算系泊缆的系泊张力,运用PID控制系统对船舶的侧推器进行推力分配,在波谱为JONSWAP的波浪作用下,研究FPSO的动力定位系统失效对CALM浮标水平三自由度运动的影响,以及对系泊缆、系船缆及输油软管有效张力的影响。结果表明:在JONSWAP波的作用下,动力定位系统的失效使得船舶水平三自由度的运动幅度高于CALM浮筒,并且输油软管会产生比系船缆更大的突变张力;失效后处于稳定阶段时,系船缆能够承担更多的有效张力分量;值得注意的是,在侧推器失效后系泊系统中的突变张力无法有效分散到每根系泊缆绳上。     

基于Abaqus的合成纤维缆动刚度特性

基于Abaqus的AQUA模块，分析外激励作用下合成纤维缆的动力特性。使用Abaqus中UMAT子程序模拟缆索的动刚度特性。以水深为1 500 m的深水绷紧式系泊系统为研究对象，分别对其进行静刚度和动刚度计算，比较2种情况下缆索张力的变化。传统缆索张力算法认为整根缆的张力与刚度相同，分别以缆首端和尾端为研究对象，比较其动张力与动刚度的区别，说明在采用传统算法计算时存在误差。分析自重和海流力对缆索张力和动刚度的影响，发现自重和海流力在张力计算中不可忽略。分析外激励幅值和周期变化对缆索张力和动刚度的影响，结果表明张力峰值随外激励幅值的增大而增大，缆索张力和动刚度周期随外激励周期的变化而变化。     

深水S型铺管船托管架托辊非均匀接触力分析

为了分析托辊非均匀接触力,基于SESAM及OrcaFlex软件各自优势,以"海洋石油201"作为分析对象,在SESAM平台进行船体及托管架结构的水动力分析计算,在OrcaFlex平台中进行船体、托管架及管线三者耦合作用分析及托辊非均匀接触力的计算。最后,针对不同海况进行对比分析,总结托辊接触力的分布规律、影响因素,并对接触力响应波动问题开展分析。     

深水柔性立管的缓波型布置及参数敏感性分析

针对某深水柔性立管进行缓波型布置设计,确定浮力块的尺寸和位置,顶部悬挂角和管内流体密度等主要布置参数。运用集中质量法建立分析模型,并在此基础上研究柔性立管的初始形状、曲率和张力对不同总体布置参数的敏感性及变化规律,得到一些有用的结论可作为柔性立管总体布置设计的参考。     

考虑裂纹影响的海洋管道极限弯曲载荷分析

焊缝的裂纹容易使管道产生应力集中,使得海管在卷管铺设过程中承受弯曲载荷的能力大幅降低。利用有限元软件模拟了有裂纹海管在受到弯曲载荷作用下的变形,对含不同裂纹角的海管进行了分析,其结果与采用Miller计算方法和Zahoor计算方法得到的结果吻合。对有限元计算得到的多组数据进行了函数拟合,得到了有裂纹海管的极限弯曲载荷表达式。     

基于三维势流理论的浮托驳船安装设计

在三维势流理论的基础上通过边界条件和控制方程分析流体入射势、辐射势、绕射势等3种速度势,引入悬链线法和集中质量法建立关于浮托安装进船、浮托安装退船、驳船就位停泊等3个阶段的驳船船缆耦合运动模型。当波浪方向为270°时停泊就位阶段最大系泊缆张力达176.67 t,对应的系泊缆为左舷艉部,此时安全因数最小（2.16）,系泊缆设计张力为185.20 t。在进船阶段艉部系泊缆张力在3个阶段依次减小,舯部和艏部系泊缆张力在3个阶段依次增大。集中质量法求得的和MOSES软件得到的进船和退船系泊缆张力误差分别为2.3%和5.6%。研究设计的浮托驳船安装系泊运动计算模型适用于不同工况下的系泊缆张力。     

海洋混合式立管的动力学响应

海洋混合式立管由刚性立管和跨接软管组成,在深海石油资源的开发中发挥着重要作用。参考某混合式立管的具体结构参数和环境参数,结合该混合式立管工作时的具体过程,将其离散成凝集质量模型,利用大型水动力分析软件OrcaFlex建立了该混合式立管在位运行状态下的动力学分析简化模型。通过时域耦合方法,对该混合式立管进行了VIV分析和立管强度分析,得到了该混合式立管的动力学响应特性:水下跨接软管挠性较强,水下刚性立管不易发生VIV振动。结合计算结果,给出了该立管系统的优化设计方案。     

管线J型铺设下放过程受力影响因素分析

采用J型铺管系统进行深水管线铺设时,管线在环境载荷作用下于铺设塔分离位置产生较大的弯矩,因此需要根据管线入水长度的增加而不断调整铺设塔工作角度以保证施工安全。本文以我国拟建造的半潜式J型铺管平台为目标船,以管线由水面下放铺设至海底的过程为对象,采用水动力软件OrcaFlex建立计算模型。在静态条件下分析铺设角、流向角对管线应力的影响,得到不同下放长度时适宜的铺设角。在动态条件下研究船舶垂荡、纵荡、横摇和纵摇对管线关键位置应力的影响。结果表明,在管线下放至海底过程中船舶运动对管线托管架接触位置应力影响较大,而在管线铺设至海床后仅垂荡运动对触底点区域应力影响显著。本文对管线J型铺设全过程受力影响因素的分析,可为实际深水管线铺设设计提供理论依据。     

张力腿平台钻井支持模块结构有限元分析

为了对张力腿平台上部钻井支持模块进行较为精准的结构有限元分析,必须采用合理的方法模拟张力腿平台的运动对上部模块产生的影响。为此,采用SEASAM软件建立张力腿平台的水动力分析计算模型,通过计算得到张力腿平台X、Y、Z这3个方向的极值加速度和加速度时程曲线。采用ANSYS软件建立该平台上部的钻井支持模块结构有限元模型,以对结构施加惯性力的准静力方法来考虑平台运动对上部模块产生的影响,通过对比分析论证了准静力方法的合理性。最后使用准静力方法对各工况下的钻井支持模块进行结构有限元分析,得出上部钻井支持模块的结构强度和变形均满足要求。研究结果可为张力腿平台上部模块结构设计提供研究思路。     

船用烟气脱硫塔喷淋系统数值模拟研究

喷淋系统是船用烟气脱硫塔主要功能构件,喷淋系统参数喷淋锥角、喷淋流速和喷淋流量对船用烟气脱硫塔烟气流场均匀程度影响大,影响过程复杂。以某型号船用烟气脱硫塔为基础模型,采用Design Expert软件中BBD实验方法设计了基于喷淋系统参数喷淋锥角、喷淋流速和喷淋流量的三因素三水平共17组试验,以多个截面烟气速度标准偏差平均值为评判依据对塔内烟气流动均匀性进行评判。采用ANSYS自带软件SCDM建立了船用烟气脱硫塔三维实体模型,采用Fluent meshing进行了模型网格划分,采用计算流体动力学商业软件Fluent对试验进行模拟计算。应用Design Expert软件对17组试验结果进行二次回归分析,应用Matlab遗传算法工具箱对二次回归分析得到的目标函数关系式求解,得到各截面流速标准偏差平均值最小时喷淋流速、喷淋锥角、喷淋流量的对应值,再次应用Fluent软件对优化结果进行了验证,可靠度达97.40%。     

深海半潜式平台的水动力及系泊系统时域耦合分析

该文利用有限元分析软件ANSYS和水动力计算软件AQWA进行了有限元建模和水动力特性研究。考虑复杂的海洋环境载荷,包括随机波浪载荷、风载荷和流载荷的多重作用,浮式平台与系泊缆索之间的相互影响,采用时域耦合的分析方法对深海领域复杂工况下的半潜式钻井平台的水动力性能和系泊性能进行了分析。研究结果表明,规则波频域下,在纵荡、横荡、垂荡、横摇、纵摇、艏摇各方向上,附加质量和附加阻尼随着波浪频率的增加,呈现先增大后减小的趋势,但局部均有起伏,平台在高频波浪区域内运动性能表现良好,响应幅值较小。同时,通过将浮式平台和系泊系统进行时域耦合分析,得出在环境力入射角为45°时,平台运动响应的幅值和系泊系统缆索的最大张力符合规范要求。     

弹性超大型浮体系泊动力响应特性

为深入了解浮体弹性对系泊张力的影响,基于有限元思想和集中质量法对浮体的系泊系统进行耦合分析,研究弹性浮体的运动响应和系泊缆张力,编制相关程序,将所得结果与相关试验结果进行对比,验证数值方法的准确性。以某弹性超大型浮体为例,建立相关数学模型,在规则波中计算得到不同浮体弹性模量和不同波浪频率下8根系泊缆的最大张力。研究表明：在波浪频率达到共振频率之前,最大系泊张力随着波浪频率和浮体弹性模量的增大而增大;在波浪频率超过共振频率之后,最大系泊张力随着波浪频率和浮体弹性模量的增加而减小。     

背拉法拆除导管架过程中驳船的运动分析

针对浅水海域小型导管架平台,提出了采用驳船背拉法拆除导管架的新技术。该方法不需要起重设施即可进行导管架拆除,可以显著降低工程费用。基于驳船背拉法拆除导管架平台方案,重点分析驳船尾部连接导管架时驳船系统的水动力响应,计算不同海洋环境下驳船的运动和系泊系统张力,确定该拆除方案的可行性。研究结果表明:背拉法拆除过程的驳船运动风险主要来自横荡和纵荡,而横荡主要与浪向角密切相关,当浪向角大于45°时,驳船的运动达到3 m,不宜进行拆除作业;控制驳船的运动采用8缆系泊是可行的,驳船的运动可以得到有效控制;系泊缆张力主要受浪向角的影响,随浪向角增大,系泊张力不断加大。     

特征参数对延伸式张力腿平台运动性能影响

在深水平台的设计与分析中,调整平台某种参数以提高某一性能时,经常受到其他功能或性能的约束。应用SESAM软件建立延伸式张力腿平台的三维水动力模型,采用势流理论进行计算分析,获得延伸式张力腿平台运动响应的传递函数。在此基础上研究各特征参数对平台水动力性能的影响。研究结果对延伸式张力腿平台初期设计时各特征参数的确定具有指导意义。     

规则波与不规则波作用下刚架式网箱水动力性能

为深入了解海水养殖，研究网箱在不同波浪作用下的受力运动特性，基于Morison方程，采用海洋工程水动力软件OrcaFlex建立波浪作用下网箱的运动响应数学模型，对其进行水动力性能分析。针对刚架式网箱的实际尺寸参数，在波高H=1.3 m和周期(T=6、7、8 s)条件下，对浮架与网衣连接点的有效张力、网箱容积剩余率和锚绳力进行数值计算。结果表明：在规则波作用下网箱的浮架与网衣连接点受力和锚绳力相对较小；在不规则波作用下变形更严重，剩余容积率较小；在规则波和不规则波作用下，波浪周期的增加将减小浮架与网衣连接点的张力和锚绳力。     

不同浮力下水下悬浮丛式管汇水动力分析北大核心CSCD

本文利用OracleFlex软件建立了水下悬浮丛式管汇概念模型,分析了升沉运动下的悬链线参数特性,选择不同参数关系进行模拟,并根据不同油气密度和悬浮范围计算了管汇中浮筒质量的许用范围。基于Morison公式和凝集质量法,得到了浮筒质量许用范围内极端油气密度下管汇悬浮高度、偏移量、偏转角度和柔性立管最大拉力与最小弯曲半径的变化规律。根据悬链线参数关系优选外输管线悬跨长度,调节浮筒质量差使管汇平衡,得到了管汇稳定性主要参数在海流和极端油气密度下的变化规律。结果表明,通过优选外输管线悬跨长度与调节浮筒质量差,可使管汇满足稳定系泊的要求,从而实现水下悬浮丛式管汇的全空间布局。     

气囊搬管法搬管过程的动力学分析

在海底管道铺设、维修过程中,通常采用船舶搬管法对出现管道偏离原设计路由的情况进行纠偏,但困难大,风险高,为此提出了一种新的利用气囊进行搬管的方法。结合某海域具体海况,运用OrcaFlex建立了气囊搬管过程的动力学分析模型并进行计算。结果表明,气囊安装位置的管道弯矩、张力都会有一定骤变;离管道牵引端较近位置的管道张力比较大,管道中间位置张力变化不大,离管道固定端较近位置的管道张力比较小。0°波浪方向或180°海流方向管道的弯矩最大;最大弯矩位于沿管道长度方向300 m处;波浪和海流方向对管道最大弯矩的影响相比于气囊安装位置以及气囊浮力的影响要小。     

深水弃置回收作业管线有限元数值分析

弃置回收（A/R）作业是铺管船法敷设海底管线的一个重要环节。对回收过程中提升管线阶段进行了力学分析及有限元计算,利用自然悬链线理论推导了管线提升过程中提升角、最大提升高度、提升力的关系,以此为基础得到管线的基本边界条件,并应用Abaqus软件对提升过程中深水管线进行有限元计算,得到不同提升角对应的管线应力最大值,从而确定了管线弃置回收作业的提升力、对应的提升角范围等基本控制参数,以确保弃置回收作业及管线的安全。     

大型海上换流站浮托安装数值模拟和实测分析

为降低大型海上换流站海上安装风险，采用OrcaFlex软件对三峡如东海上换流站的运输和浮托安装的关键阶段进行耦合水动力分析。通过实船监测系统对运输过程中换流站的倾角和加速度，浮托安装过程中的海洋环境条件以及驳船和换流站的运动进行全方位、全过程监测，并将实测结果与数值模拟结果进行对比，二者对比良好，进一步验证了数值计算的可靠性。