自升式海洋钻井平台升降系统齿轮齿条啮合接触分析

齿轮齿条升降系统是自升式海洋钻井平台开展升降作业的关键装置，其齿轮齿条的强度关系到整个钻井平台的海上作业安全。为了对齿轮齿条强度进行校核，以渤海某自升式海洋钻井平台为例，采用接触分析方法，对其齿轮齿条升降装置进行啮合受力分析，并在此基础上根据现有相关规范对齿轮齿条的接触强度和弯曲强度进行校核并给出分析建议。     

自升式海洋平台动态放大因子分析与抑制

以某一自升式海洋平台参数为基础,通过Stokes五阶波方法对平台的动态和静态基础剪切力进行了比较和分析,并计算了平台的动态放大因子(DAF).通过与单自由度方法的DAF计算结果进行比较和讨论,证实了单自由度方法更加保守.同时,得出了抑制DAF的机理,并通过增加结构整体刚度的方法达到了抑制DAF的目的.     

自升式海洋钻井平台方案评价指标体系及评价方法

提出了一套适用于自升式海洋钻井平台的方案评价指标体系,并采用层次分析法进行评价分析,该评价指标体系既可用于方案的选择比较,也可用于同类型平台的先进性评定.经过分析和计算实例证明,该评价指标体系和评价方法是适用和可靠的.同时,该方案评价指标体系和评价方法具有拓展性,可应用于其他类型的移动式平台作为方案选择时的参考依据.     

自升式平台齿轮齿条损伤温度检测方法

基于ANSYS有限元软件建立某自升式平台升降系统齿轮齿条啮合三维有限元模型,分析齿轮齿条啮合过程中轮齿温度场分布。在此基础上,建立磨损、点蚀、裂纹损伤齿轮模型,对比分析损伤齿轮与完整齿轮啮合过程中温度场分布的差异。结果表明:利用高精度红外热像仪可以准确捕捉啮合过程中轮齿温度场分布;温度场检测是自升式平台升降系统齿轮齿条无损检测的一种新方法。     

自升式钻井平台结构疲劳寿命分析

以“南海一号”自升式钻井平台为工程研究对象，提供了一个估算在随机波浪力 作用下平台结构疲劳寿命的实用可行分析方法，编制了相应的计算机程序，对我国海 洋平台结构的可靠性分析具有一定的实际意义。     

基于锌加涂层的自升式海洋平台桩腿防护

该文介绍了自升式海洋平台桩腿常规涂装方案存在的问题,介绍了采用锌加涂层方案对桩腿飞溅区及全浸区进行防护的优点及配套方案,并对锌加涂装方案对自升式平台桩腿的防护年限进行了测算.     

浪向角对自升式海洋平台动态放大因子的影响

以某一自升式海洋平台的船体结构位移作为评价依据,基于海事结构设计分析软件SACS和Stokes 5阶波浪理论,从不同浪向角入手进行了动态放大因子(DAF)的计算,比较了不同浪向角下的DAF,并分析了DAF产生差异的原因.结果表明：不同浪向角下DAF随周期比的变化趋势基本相同;水动力的不同将会导致结构位移和加速度的差异;当水动力的1、2阶谐波产生叠加效应时,DAF值增大.     

自升式平台齿轮齿条强度有限元分析

基于有限元软件ANSYS建立某自升式平台升降系统齿轮齿条的三维模型,并计算平台在预压状态下齿轮齿条的应力,分析齿轮齿条在不同啮合位置时的Von mises 应力和齿面接触应力的分布情况,并将其与公式计算值进行对比.结果表明:齿轮齿条啮合过程中接触面上应力呈带状分布,最大应力出现在带状区域的两端,带状区域的中部应力相对较小;齿面和齿根是齿轮齿条啮合接触过程中容易失效的部位,升降系统齿面接触应力与齿根弯曲应力偏高,在升降系统的设计中应采取措施降低相应应力或提高材料强度;基于有限元方法的计算结果与公式计算值误差较小,可以作为该齿轮齿条强度分析的依据.     

自升式钻井平台穿刺分析

 自升式钻井平台是近海石油和边际油田开发的重要设备。据统计,穿刺事故占自升式钻井平台总事故的比例超过了50%,造成平台严重损坏和人员伤亡。以Arab drill 19自升式钻井平台和中国某自升式钻井平台的穿刺事故为例,分析穿刺事故发生的原因,说明穿刺事故的危害。采用投影面积法,分析了中国某自升式钻井平台在渤海某井位发生穿刺事故的可能性,结果表明,该平台存在较大的穿刺风险,并预测了穿刺后的插桩深度。对比平台实际插桩深度,预测结果存在较大误差。结合穿刺研究的最新成果,分析两者存在误差的原因：实际插桩过程中,桩靴底部将形成砂土塞,该砂土塞会极大地提高土体的极限承载能力,导致实际插桩深度比预测插桩深度浅。     

自升式钻井平台方案设计智能决策支持系统

总结了自升式钻井平台方案设计阶段的结构体系和设计流程,分析了自升式钻井平台方案设计的特征,提出了针对自升式钻井平台方案设计的智能决策支持系统的理论框架模型和具体实现方法.该系统具有交互性、开放性、智能性等特点,既可以根据需要生成自升式钻井平台的设计方案,形成可行方案集,又可以根据技术经济性、船东偏好等对可行方案集进行评定,选出最佳方案,缩短产品的设计周期,使评价更为可靠,为设计者、决策者提供了强有力的支持工具.将该系统用于91.4 m作业水深的自升式钻井平台的方案设计及优选,证明该方法是可行且可靠的.     

海上自升式钻井平台桩靴穿刺现象的数值分析

分析多层土条件下,桩靴承载力和孔穴的变化规律,揭示桩靴发生穿刺现象的实质;进一步提出桩靴极限安全深度的概念,系统描述上、下土层强度比、上层土相对厚度、下层土标准化抗剪强度和土体强度非均匀系数等参数变化对桩靴承载力的影响;给出适用于工程使用的上硬下软黏土中桩靴承载力系数的计算方法。研究结果表明:桩靴发生穿刺的深度主要受到上层土相对厚度、上层土强度和上下土层强度比的影响;标准化抗剪强度系数和土体强度不均匀性系数对于桩靴承载力系数极限值的影响都不超过5%,地基土最终承载力与上层土无关,取决于下层软土的强度。     

海洋平台局部振动模态分析

应用有限元分析软件,建立了W12 1上压缩机局部安装平台的有限元模型,并根据压缩机安装平台局部振动响应的周期与压缩机振动周期呈现较强一致性的现场测试结果,对模型进行了合理的简化。利用此有限元模型进行了振动模态分析。结果表明,平台结构的不合理所造成的平台局部刚度不足引起平台模态振动畸变,是引起平台振动过大的主要原因。增加平台横梁刚度和改变平台底部斜撑位置等措施能消除模态振动畸变,有效地抑制平台过大的振动。增加平台横梁刚度抑振措施适合已建平台的改造,而改变平台底部斜撑位置的抑振措施只适合在建平台。     

冰激动载荷下自升式平台桩腿结构的安全评估

为了保证自升式平台冬季在冰区海域安全作业,应对桩腿结构在动冰载作用下的强度进行评估。应用ANSYS软件建立自升式平台和冰相互作用的仿真计算模型,实现了自升式平台结构的冰激瞬态动力分析,提出冰激动载荷下平台桩腿的静强度和疲劳强度校核的计算流程。对渤海某自升式钻井平台桩腿进行了强度校核,计算出不同海冰参数下平台桩腿的冰激疲劳损伤。计算结果表明,该平台的桩腿在冰激动载荷下的强度满足安全要求,冬季继续在冰区海域进行钻井作业是可行的。     

冰激动载荷下自升式平台桩腿结构的安全评估

为了保证自升式平台冬季在冰区海域安全作业，应对桩腿结构在动冰载作用下的强度进行评估。应用ANSYS软件建立自升式平台和冰相互作用的仿真计算模型，实现了自升式平台结构的冰激瞬态动力分析，提出冰激动载荷下平台桩腿的静强度和疲劳强度校核的计算流程。对渤海某自升式钻井平台桩腿进行了强度校核，计算出不同海冰参数下平台桩腿的冰激疲劳损伤。计算结果表明，该平台的桩腿在冰激动载荷下的强度满足安全要求，冬季继续在冰区海域进行钻井作业是可行的。     

基于台风验证载荷的平台时变可靠性分析与更新

采用泊松过程对台风载荷进行描述,结合抗力衰减函数建立平台时变可靠性分析模型,确定基于验证载荷的平台抗力后验分布函数,从而实现平台可靠性更新;根据台风作用后平台状态与台风载荷分布函数确定验证载荷概率模型。以我国南海东北区块一海洋平台为研究对象,对平台的时变可靠性进行分析与更新,考察平台损伤极限承载能力比CQ与验证时间对可靠性更新效果的影响。结果表明:台风验证载荷能够对结构冗余度较低的海洋平台时变可靠性更新起到明显效果,且反映平台结构冗余度的CQ值越大更新效果越明显;验证载荷出现时间越晚,在初期的更新效果越明显,这个时间大约持续5 a,随后不同时刻验证载荷的更新效果趋于相同。     

冰区海洋平台整体可靠度分析高效近似算法

冰荷载是冰区海洋平台设计的控制荷载,极值冰力直接危害着平台结构整体的安全.以渤海辽东湾 JZ20-2 MSW、JZ20-2 NW 导管架海洋平台为例,考虑了冰荷载、构件几何尺寸、材料弹性模量、屈服强度、恒荷载的随机性,利用Monte-Carlo法进行随机抽样分析,得到了冰区导管架海洋平台结构整体抗力及极值冰力响应(顶点位移)的概率统计.在此基础上,提出了冰区海洋平台整体可靠度分析的高效近似算法,把功能函数简化为线性的显武表达式.数值算例表明该算法大大提高了计算效率,并具有满意的精度与适用性.     

风电增速箱输出级齿轮副疲劳寿命有限元分析

建立了风电增速箱输出级斜齿轮副的三维接触有限元模型,计算了静载荷作用下齿轮副的应力应变;基于齿轮材料的疲劳试验常数,计算了材料的近似S-N曲线;对风电增速箱真实载荷谱20种工况的载荷历程进行雨流计数,得到载荷循环数、均值与幅值的关系。在FE-SAFE软件中,对斜齿轮副接触模型进行疲劳寿命分析,研究了载荷、表面粗糙度、残余应力以及轮齿修形量对齿轮副疲劳寿命的影响规律。结果表明,齿轮副应力集中处有少数低寿命点,齿轮副寿命随载荷及齿面粗糙度的增大而减小,残余拉应力使疲劳寿命减小,而残余压应力可使疲劳寿命增大,适度修形可提高齿轮的疲劳寿命。     

D32海洋平台用钢在浪溅区腐蚀行为

通过极化实验和阻抗实验研究了D32海洋平台用钢在浪溅区的腐蚀规律,并利用扫描电镜和能量色散谱仪分析了各钢样的腐蚀产物. 结果表明,腐蚀产物的形貌成分和覆盖度的不同导致了模拟全浸区腐蚀速率稍大于钢样在海水中的腐蚀速率,模拟浪溅区腐蚀速率远大于模拟全浸区钢样腐蚀速率. 钢样在青岛海水、埕岛海水的全浸区和浪溅区的Nyquist图中出现的韦伯阻抗是由于表面形成的锈层及钙镁层所致.     

导管架海洋平台失效路径分析及连续倒塌机制

针对突发事件下导管架平台"局部破坏"可能引发的连续倒塌现象,建立一种针对导管架平台结构的失效路径搜索及概率评估流程,采用逐步施加增量载荷的方法,并结合广义承力比准则,充分考虑失效过程中单元内应力的变化及候选失效单元的不确定性和外部载荷的随机性,并通过模拟示例获得平台可能发生的事故树,从而确定最可能发生的失效顺序。针对具体失效路径,引入备用荷载路径方法(ALP方法),研究倒塌过程中平台结构的力学分布特性和状态变化规律,分析构件失效后的平台剩余系统的动力效应和内力重分布规律,从而揭示平台结构的连续倒塌机制。结果表明:某桩腿单元突发失效后,失效单元上方的水平撑杆通过塑性铰机制成为新的竖向传力路径;相邻桩腿由于严重的内力重分布现象成为薄弱环节,易发生屈曲失效。