沙箱对桩腿耦合装置的影响研究

桩腿耦合装置(简称LMU)在平台浮托安装过程中上部组块插尖与导管架桩管对接期间起缓冲作用,是海上浮装的最重要装置之一。运用非线性有限元软件ABAQUS,对相同尺寸、受相同垂向载荷作用的有沙箱和无沙箱的LMU分别进行了显式准静态和动态数值模拟,并将计算结果进行对比,以考察沙箱对LMU力学特性的影响。结果表明,与无沙箱的LMU相比,有沙箱的LMU能够承受较大的外载荷作用,可提升外套筒钢材的使用效率,较迅速地降低载荷转移作业过程中整个平台的运动速度,提高平台浮托安装过程中能量吸收速率,并且能减小LMU在动态过程中的最大应力。     

基于ABAQUS/Explicit的桩腿耦合缓冲器准静态分析

桩腿耦合缓冲器在应用中主要起减小撞击力和限制上下结构相对位移的作用.在设计时,必须考虑到橡胶材料的大变形、橡胶-钢的接触和摩擦问题,它具有几何、材料和边界的三种非线性.通过结构非线性有限元软件ABAQUS/Explicit建立了桩腿耦合缓冲器的三维体单元模型,用基于中心差分法的准静态法,对其在水平和垂直两种工况下的准静力变形过程进行了数值仿真,从能量、接触、刚度与吸能以及应力应变等各方面对计算结果及其合理性进行了分析,并针对现有结构尺寸提出了改进建议.分析表明使用准静态分析方法是可行的,对桩腿耦合缓冲器的优化设计具有一定参考价值.     

具有裂纹损伤桩腿的海洋石油平台有限元分析

采用有限元分析方法和断裂力学方法,将含裂纹构件的裂纹以线弹簧处理,建立了带有裂纹损伤桩腿的等效梁和管单元的单元刚度矩阵的计算方法。对检验方法的正确性,使用该方法对几种损伤构件进行了强度计算,并与有限元细化网格计算结果和实验结果进行比较,最后将等效单元计算程序接入大型有限元程序ＳｕｐｅｒＳＡＰ,对受损后的平台整体结构进行了应力计算和强度分析。     

水下桩腿长度变化对浮式结构固有频率的影响研究

为了分析带支腿浮式结构水下桩腿处于不同的长度时振动固有频率的变化情况,采用有限元方法和三维线性水弹性理论对一理想的带支腿浮式结构进行研究,分工况计算了3种弹性模态的干、湿固有频率。结果表明对于同一阶弹性模态来说,结构主体平台振型是决定水动力系数大小的主要因素,桩腿水下长度是次要因素,而振型又受到桩腿长度的制约;桩腿水下长度的改变对带支腿浮式结构的干模态固有频率以及湿固有频率都有较明显地调制作用。对于干模态固有频率来说,桩腿关于船身越趋于对称分布时结构的共振频率越高;对于湿固有频率来说,水下桩腿长度地增加有迫使共振频率趋向低频方向移动趋势。     

超大型风电作业船桩腿稳定性的理论研究和数值分析

大型风电作业船桩腿拥有超长的特点,在复杂多变的波浪流载荷及船体共同作用下,其屈曲失稳现象将更为显著。文中探讨了桩腿屈曲稳定的理论依据及其数值分析算法,研究并对比了理论公式和数值分析这两种方法在工程适用性方面的差异,通过算例分析了影响桩腿稳定性的因素。研究结果表明:桩腿临界载荷的理论解超出数值解19.6%,理论公式在工程计算中显得更为保守,适用性不强;插销定位孔的直径的增大会降低桩腿的临界载荷;主板厚度的改变也会引起桩腿稳定性能的变化。因此在桩腿建造过程中,精确计算定位孔的开孔半径和主板厚度是十分必要的。     

潮间带钢管斜桩吊打导向装置与沉桩参数研究

钢管斜桩是潮间带风电的常用基础形式,常采用吊打沉桩的方式。文章针对潮间带吊打沉桩方式的难点开发吊打导向装置,并总结沉桩参数的确定方法。该导向装置包括定位桩、定位架和调向限位架,总体平面布局为六边形,可一次定位并完成整个风电基础的基桩施工,既能可靠保证桩的施工精度,又能极大地提高施工效率和降低安全风险;在应用该施工关键装备时,采用GRLWEAP打桩分析功能确定桩顶动荷载,采用有限元软件建立导向装置有限元模型,对导向装置和沉桩参数进行分析,从而实现斜桩顺利沉桩的目的。该装置和方法已成功应用于越南朔庄一期海上风电场项目,为潮间带风电钢管斜桩吊打施工提供沉桩装备和方法经验。     

深水浮式系统耦合分析方法研究

深水浮式系统由系泊系统、立管系统和浮式结构(船体)构成,船体与柔性结构的耦合效应是非常显著的,文章介绍了深水平台耦合效应产生的原因和定义.耦合分析方法的步骤及其原理,并分析了传统非耦舍分析方法的不足.实例表明,耦合分析方法更接近于实际.     

张力腿式浮式风机耦合动力响应理论模型与数值实现

针对张力腿结构动力响应特点,提出一套张力腿式浮式风机动力耦合理论模型,编制计算程序,并通过与实验结果的对比,验证理论模型以及程序的适用性。张力腿式系泊系统稳定性好,但张力载荷随平台位移的变化显著;张力腿结构的动态响应与支撑平台和风机系统动态响应存在显著的耦合作用。针对张力腿浮式风机动力耦合特性,采用谱方法对张力腿结构建立耦合动力模型;考虑细长体在波浪中受到的粘性力,通过哈密顿原理推导出张力腿运动控制方程,利用自主开发的计算程序DARwind和数值计算方法求解系统动态响应。最后,将数值计算结果同UMAINE的试验数据进行对比分析,以验证程序的合理性。     

张力腿式风电机组基础设计的挑战

文章通过总结我国首座在规划漂浮式风电场的张力腿式风电机组选型设计所遇到的技术挑战,详细探讨了海上风电张力腿式基础的总体设计、mathieu不稳定性分析、非线性耦合动力学分析以及开发张力筋腱及其连接装置遇到的困难,并提出相对应的解决方案,可为海上风电机组张力腿式基础设计提供参考。     

高桩码头大管桩桩帽力学性能的三维非线性有限元分析

在高桩码头中,采用新型的大直径预应力混凝土管桩(大管桩)代替目前广泛应用的小尺寸预应力混凝土方桩,将大大提高桩的抗弯能力和垂直承载能力,因此是一种很有发展前途的新型结构型式[1].但大管桩的采用提出了高桩码头设计与施工方面的许多新课题,由于桩承载能力的提高,桩形状以及上部结构形式的变化,导致桩帽的形式及受力特性也相应地发生变化,因而巫需了解这种新型结构桩帽的受力特性,以便据此确定配筋计算原则.     

新型铰接式重力锚的设计及其性能研究

重力锚锚固是一种常见的锚固形式。为了能够提供足够的水平承载力,传统型式的重力锚普遍比较笨重,在上拔回收时会产生较大的竖向吸附力,不利于重复利用。针对此问题,设计了一种新型铰接式重力锚,并阐述了其铺设与回收方案。其次采用有限元方法对其整体强度进行了校核,结果均符合规范。最后基于模型试验,对铰接式重力锚在黏土中的运动过程进行了研究,进而确定了其在黏土中的水平承载力和回收时的上拔力。结果表明：相较于传统重力锚,新型铰接式重力锚在确保水平承载性能的基础上,能够大幅减小上拔力,从而有效地降低铺设和回收作业的难度,且可适应多种海底土质,但该锚型仅适用于悬链线式系泊系统。相关研究结果可为实际工程中铰接式重力锚的设计提供参考。     

水下加筋圆柱壳结构声散射特性研究

采用有限元/边界元(FEM/BEM)方法对水下加筋圆柱壳结构的声散射特性进行分析。考虑入射声场激发弹性结构振动产生二次辐射声场,总声场为入射场与散射场之和。基于Mindlin理论建立结构受迫振动的有限元模型,考虑入射声场为简谐激励,采用模态叠加法求出结构振动表面速度。根据声学边界元相关理论,利用有限元方法计算得出的弹性结构表面动力相应,可求出弹性结构的散射声场。研究结果表明,在同一波数下,不加筋结构后向散射强于加筋结构;加筋结构的散射指向性图案分叉较为明显;同种结构在波数增加的时候后向散射强度逐渐增大,前向散射强度逐渐减弱。     

罗氏沼虾人工繁殖期的占区与雌雄配对行为的研究

雄性罗氏沼虾对设置的人工巢穴具明显的占区本能,占区领域主要由雄虾个体大小决定。本实验中占区的最小安全领域是一个直径约为３５ｃｍ的立体空间,雄性占区后绝不允许同性入内,对性腺未成熟之雌虾亦加拒绝。但能稳定接纳１尾以上性腺已完全成熟、即将蜕壳的雌虾并与其配对,最多时１尾雄虾可稳定与８～１０尾这样的雌虾配对。在占区和配对过程中,虾的视觉起重要作用。人工繁殖时,捕虾作业不会对占区和雌雄配对产生不利影响。一昼夜１尾雄虾在人工巢穴中最多能与２０尾雌虾交配。     

高温环境中主管轴力对焊接圆钢管T节点承载性能的影响

利用有限元软件ABAQUS建立T型圆钢管节点热传导分析模型,通过与已有试验数据进行对比,验证了所建有限元模型的可靠性。利用提出的有限元模型分析了不同主管轴力作用下的T型圆钢管节点在火灾环境中的失效过程,研究了主管轴力对T型圆钢管节点临界温度的影响规律。分别讨论了采用屈服强度折减和弹性模量折减的方法预测T型圆钢管节点在高温下的极限承载力,并将预测结果和有限元分析结果进行了对比,给出了这两种方法用于工程设计时的建议。     

基于双层Boussinesq方程的三维波浪数值模型及其验证

Liu等给出的最高导数为2的双层Boussinesq水波方程具有较好的色散性和非线性,基于该方程建立了有限差分法的三维波浪数值模型。在矩形网格上对方程进行了空间离散,采用高阶导数近似方程中的时、空项,时间积分采用混合4阶Adams-Bashforth-Moulton的预报—校正格式。模拟了深水条件下的规则波传播过程,计算波面与解析结果吻合较好,反映出数值模型能很好地刻画波面过程及波面处的速度变化;在kh=2π条件下可较为准确获得沿水深分布的水平和垂向速度,这与理论分析结果一致。最后,利用数值模型计算了规则波在三维特征地形上的传播变形,数值结果和试验数据吻合较好;高阶非线性项会对波浪数值结果产生一定的影响,当波浪非线性增强,水深减少将产生更多的高次谐波。建立的双层Boussinesq模型对强非线性波浪的演化具有较好的模拟精度。     

p-y曲线对成层土体中大直径单桩的适用性研究

API规范推荐的p-y曲线是由均质土体得到的,并未考虑土层间相互作用,Georgiadis基于柔性桩提出了等效深度法修正p-y曲线,把均质土p-y曲线延伸到了成层土体中。为了研究p-y曲线和等效深度法对于大直径单桩在成层土体中的适用性,取4种典型地质条件:成层砂土、砂土-黏土-砂土、成层黏土和黏土-砂土-黏土,通过L-PILE软件计算了6 m直径单桩基础的p-y曲线、桩顶水平荷载-位移曲线、桩身位移和弯矩。并与ABAQUS建立的单桩基础三维有限元模型计算结果进行比较。结果表明等效深度法对于成层砂土影响不大;对于成层黏土影响较大;对于中间为软弱土层的成层土体,在荷载较大时影响显著,等效深度法计算结果更加接近FEM结果。在成层土体中,p-y曲线应用于大直径单桩对于砂土高估了初始刚度,低估了极限抗力;对于黏土则低估了初始刚度和极限抗力。     

极限波浪运动特性的非线性数值模拟

利用时域高阶边界元方法建立了模拟极限波浪运动的完全非线性数值模型,其中自由水面满足完全非线性自由水面条件.采用半混合欧拉-拉格朗日方法追踪流体瞬时水面,运用四阶Runge-Kutta方法更新下一时间步的波面和速度势,同时应用镜像格林函数消除水槽两个侧面和底面上的积分.研究中利用波浪聚焦的方法产生极限波浪,并且在水槽中开展了物理模型实验,将测点试验数据与数值结果进行了对比,两者吻合得很好.对极限波浪运动的非线性和流域内速度分布进行了研究.     

Analytical and experimental investigation on the hydrodynamic performance of onshore wave-power devices

The hydrodynamic performance of the oscillating water column type shoreline-mounted wave-power device is numerically studied within linear wave theory by using a boundary element method based on the Wehausen and Laitone 3D shallow water Green's function. In order to verify the numerical model, a 1:12 physical model with different bottom slopes was constructed and tested in a wave basin under regular wave conditions. The effects of the bottom slope on the hydrodynamic performance are investigated by both analytical and experimental methods.     

Recovery Behavior of the Propagating Buckle on Elastic Structures

Based on the beam system model used by Chater, Hutchinson and Neale (1982), the recovery behavior of propagating buckle on elastic structures is first found out from the computational results. As the representative of some elastic structures, the Chater-Hutchinson-Neale model indicates that once the buckle meets arresters, unlike the case in submarine pipelines, it will be reflected back to continue its propagation in a negative phase or a negative direction. The pressure which maintains the negative propagation, however, is as same as that required for the positive propagation. This fact has been examined in the experiment of the bulge propagation on a long elastic latex tube. The present discovery greatly supports the hypothesis that the buckle propagation coresponds to the coexisting phase of structures.     

有限元法在桩靴承载力计算中的应用

自升式钻井平台插桩是地基土在桩靴荷载作用下发生连续的塑性破坏的动态过程,当地基极限承载力等于桩靴荷载时插桩完成。经典土力学极限承载力理论对土体潜在滑动面做了假设,无法有效分析土体内部的破坏过程。本研究应用有限元法（FEM ）对插桩过程进行了模拟,得到地基土的破坏机制以及中间荷载下土体的应力、应变情况,通过和各理论公式计算的极限承载力进行对比分析,分析影响地基极限承载力的因素。研究表明,基础宽度与硬土层厚度的比值 B/H越大,下卧软土层越容易发生塑性破坏,极限承载力明显下降,当B/H＜0．286时,可以忽略下卧软土层对地基承载力的影响。