水下独立钢桩打桩导向架的受力分析

导向架用于水下独立桩在海上进行插桩作业时的导向及打桩扶正.在吊桩、送桩和打桩施工过程中,导向架会受到多种力的作用,这些力将对导向架的强度和结构设计产生重要影响.在整个施工过程中考虑最长、最重桩对导向架的作用力,分析了导向架每一步的受力情况,并进行了受力计算.所得结果对导向架的强度分析和结构设计具有重要的指导作用.     

水下独立钢桩导向架的结构设计

水下独立钢桩在海上进行插桩作业时,需要水下独立钢桩导向架对其进行导向及打桩时扶正。导向架主要由底座、导向立柱和支撑等组成,主体导向架可直接用于文昌Ⅱ期桩的导向,文昌Ⅱ期有2个导向翼板,其在ROV的引导下落入导向立柱顶部的喇叭形导向口,即在自重的作用下滑入导向槽,达到导向的目的。在西江打桩时需装上钢丝绳滑道组件、移动导向块等。与国外同类产品相比,该导向架结构简单,没有水下打开和闭合等动作,不需要水下液压系统和控制系统。     

独立桩导向架平行矩形防沉板的极限承载力研究

打桩作业中,独立桩导向架起到导向与扶正作用,导向架防沉板基础的极限承载力关乎到独立桩安装的精度和作业安全性。针对一种适用于深水打桩作业的独立桩导向架,使用API规范计算了其在不排水抗剪强度随深度线性变化的极限承载力; 基于通用有限元软件Abaqus,针对独立桩导向架所使用的平行矩形防沉板基础,探究了防沉板不同间距与宽长比对其承载力的影响。分析结果表明:竖向承载力随防沉板间距的增加,呈现先增大后减小的趋势; 在间距与防沉板面积一定的情况下,增加防沉板的宽度,竖向承载力先增大后减小,适当的增加防沉板间距和调整防沉板宽长比,有利于提高极限承载力。研究结果对深水独立桩导向架的设计、校核有一定参考意义。     

损伤缺陷对K型试验井架应力分布影响分析

以K型试验井架为例,用有限元分析方法,对无损伤井架以及存在截面腐蚀、立柱穿孔、斜撑缺失、载荷偏心等损伤和缺陷井架进行分析与对比。结果表明,立柱锈蚀、穿孔或开裂等局部损伤使井架立柱损伤部位应力明显增大,而对井架的整体应力分布影响不大;基础下沉对井架的下部立柱、人字架和斜撑的应力分布有影响,而对其余各层影响不大;钩载偏心对井架各层的应力分布有较大影响,斜撑缺失使井架该位置及相邻层立柱和斜撑的应力明显增大,对其余各层的影响不大。对有损伤和缺陷的井架,除按照SY/T 6236—2008标准进行检测评定外,还应对这些局部损伤和缺陷本身进行安全评定。     

起升中四腿落地式K型井架及底座的应力分析

针对在用四腿落地式K型井架在起升中井架与底座存在的问题,文章以JJ162/42-K型井架为例,采用I-DEAS有限元软件对起升过程中处于各角度时的井架及底座做了应力分析,并将其结果与两腿落地式K型井架进行了比较。分析表明,四腿落地式K型井架及底座在井架刚起升时,应力值较大,存在安全隐患。为了增强在井架起升过程中底座的安全性,建议在底座上井架2个铰支座之间加焊加强钢板,并加大井架前立柱铰支座的尺寸。     

ANSYS/LS-DYNA在海洋平台打桩拒锤分析中的应用

在导管架平台打桩过程中,由于施工条件或土壤特性突变等因素的影响会出现拒锤现象。拒锤时桩锤的动能几乎全被钢桩本身吸收,需对桩身的安全性进行分析。文章利用ANSYS/LS-DYNA软件对桩体进行动力冲击分析,通过软件建立桩的分析模型,对拒锤时桩的受力状况进行模拟,得出桩的应力分布及变形曲线。结果表明,ANSYS/LS-DYNA能很好地计算出打桩拒锤时桩的应力分布,为工程优化设计提供依据。     

动力定位起重船舷侧辅助深水导管架安装关键技术

全回转铺管起重作业船按照工作性质可划分成两种作业模式,即铺管模式和起重模式.在两种模式相互转换过程中,耗时最长、工作量最大的就是艉托管架的拆装工作.以陆丰14-4 DPP深水导管架安装为例,对海洋石油201船舷侧辅助深水导管架扶正的靠泊方式、导管架注水扶正步骤、导管架坐底就位方式、钢桩插桩、钢桩打桩等关键技术进行分析,...     

水下打桩导向架结构设计分析方法

打入桩是海洋工程中系泊系统常用的一种基础形式,桩在自由站立情况下的稳定性是进行打桩作业的前提。当在自重作用下桩的入泥深度下无法保持其稳定性时,则需要使用打桩导向架对桩进行导向和扶正。本文结合位于深水区域打入桩基础工程实例,介绍了打桩导向架的结构设计分析方法。     

导管架钢桩溜桩后桩基承载力评估方法及应用研究

导管架钢桩溜桩给海上施工带来很大风险,也让人们对平台运行后的桩基承栽力产生了担忧。为了保证平台服役期间的安全,以东海某导管架溜桩后的桩基承载力评估为例,根据实际打桩情况,提出导管架桩基承载力后评估方法,并进行分析研究,以期为今后类似导管架在打桩过程中出现溜桩后桩基承载力的后评估提供借鉴。     

海上固定平台导管架桩管屈曲原因及改进措施

根据美国石油协会发布的《海上固定平台的规划、设计和建造推荐作法—工作应力设计》(APIRP2A-WSD)规范,以埕岛西EDC中心平台导管架海上打桩施工为例,对海上固定平台导管架桩管的屈曲原因进行了应力分析和计算,提出了切实可行的改进措施,并顺利地通过实施,为今后导管架的桩管分段设计、安全打桩施工提供了理论基础和事实依据。     

超大型LNG储罐顶梁框架及衬板结构体系的设计算法

顶梁框架设计是LNG储罐设计中最重要的部分之一,但目前我国对于超大型LNG储罐顶梁框架系统的计算还存在着屈曲特征值衡量标准不统一、计算假定条件多、与国内规范规定不一致等诸多问题。为此,在引入材料非线性、结构非线性和考虑初始缺陷的基础上,应用大型非线性有限元计算软件ABAQUS开展了超大型LNG储罐顶梁框架及衬板系统的建模及其受力与稳定性的计算分析,进而建立了一套完整的超大型LNG储罐顶梁框架及衬板结构体系的设计算法,并应用于国内某20×10~4 m~3 LNG储罐的设计工作当中。应用结果表明:(1)该设计算法的结构体系由壳单元和梁单元组成,连接方式为共节点,能够准确模拟实际情况;(2)受力计算分为10个工况,屈曲计算分为7个工况,包含LNG储罐顶梁框架及衬板结构体系在施工过程中的所有工况;(3)顶梁框架最大应力为125.7 MPa、衬板最大应力为101.4 MPa、屈曲计算最小安全系数为2.57,LNG储罐顶梁框架在该体系下的受力及稳定性均能满足要求。该研究成果可为相关设计计算提供参考。     

连续油管对接焊残余应力场分析

基于ABAQUS有限元模拟软件对CT90钢级Φ38.1 mm×2.7 mm连续油管焊接接头的残余应力进行模拟,建立了连续油管对接焊有限元模型,得到了连续油管对接焊时焊缝处残余应力分布规律。结果显示,随着热源的移动,温度降低,残余应力增加,期间周向出现了最大残余拉应力405.7 MPa,轴向出现了最大残余压应力195.7 MPa;冷却后,最大残余应力主要集中在焊缝处,并沿着垂直于焊缝方向逐步递减。试验结果对连续油管后续消除对接焊残余应力提供了理论依据。     

FZ28-105闸板防喷器承压件在装配体下的应力计算

闸板防喷器关键承压件三维模型有限元分析目前存在一定的局限性。为此,利用Cosmosworks有限元分析软件开展了FZ28 105闸板防喷器的壳体及侧门等关键承压件的力学分析。在装配体下先定义防喷器计算的约束边界、载荷及其有限元网格等条件,把装配体中的壳体与侧门在载荷的冲击下作为整体分析,然后分别在额定工作压力（157.5 MPa）和静水压力（105 MPa）试验条件下进行应力分析计算。结果表明：最大应力都发生在壳体垂直通孔与长圆形通孔相贯的上壁,为减少其应力的过度集中,在设计中应将该处作倒角处理;静水压试验压力载荷状态的上壁应力值达到591.2 MPa,额定工作压力状态的上壁最大等效应力值为391.2 MPa,均小于屈服极限值785 MPa,壳体处于弹性状态,壳体、侧门设计强度符合API规范,说明该设计是安全的。该成果为成功试制FZ28 105闸板防喷器提供了关键的支持数据。     

复杂结构有限元分析强度判定方法

在进行复杂结构件有限元分析结果后处理时,缺乏一种既能判定出构件最大应力,同时又能够校核整个危险截面强度的判定标准,使得有限元分析后对结果的评价缺乏一定说服力。研究目前常见的几种强度判定标准,尝试性引入ASMEⅧ标准,借鉴以应力分析为基础的设计方法,在最大工作载荷和试验载荷2种工况下,以DG900型大钩副钩为分析对象,阐述有限元法对应力处理的方法与步骤,着重研究运用ASMEⅧ标准进行复杂结构强度判定全过程。研究表明,ASMEⅧ标准能够很好地判定构件最大应力和危险截面的强度,具有推广价值。     

重复压裂裂缝转向的ANSYS有限元模拟

运用ANSYS10．0软件对重复压裂的应力场进行了模拟计算,结果表明初次人工裂缝的存在,引起近井眼处应力极大值与极小值发生转向,重复压裂将产生垂直于初次裂缝方向上的新裂缝。根据断裂力学应力强度因子准则对重复压裂新裂缝的转向过程进行了有限元模拟,绘出了新裂缝转向的轨迹;重复压裂新裂缝开始垂直于初次人工裂缝,在延伸过程中进行不断地转向,最终基本和水平最大主应力方向平行。     

液氮泵内缸套有限元强度与疲劳分析

对液氮泵内缸套进行有限元强度分析和疲劳寿命分析计算,找到危险位置与应力分布状态,对液氮泵缸体的可靠性评价、指导改进设计和正确使用具有重要意义。为此,采用Solid-works Simulation有限元分析软件,对某76 MPa液氮泵内缸套进行有限元强度和疲劳计算,并分析了吸入压力对强度和疲劳寿命的影响。分析结果表明,对该液氮泵内缸套采用无相贯线设计,有效地避免了相贯线的应力集中,静强度足够,整体疲劳寿命满足设计要求。但内缸套最大应力与最小疲劳寿命均出现在内缸套大端台阶边缘处,根据入口压力与强度和疲劳关系曲线认为,适当提高吸入压力可以有效改善内缸套强度和延长其疲劳寿命。     

钻柱与井壁碰撞的非线性有限元分析

根据连续介质力学和非线性有限元理论,给出了钻柱碰撞井壁过程中钻柱的控制方程,并建立了相应的有限元列式。采用显式时间积分方法求解了基于拉格朗日算法的碰撞动力学方程。计算实例与分析表明,钻柱与井壁碰撞时所造成的最大第一主应力达到308MPa,其结果远远大于人们的估计;碰撞是造成钻柱先期失效的首要原因。采用显式非线性有限元技术可以对钻柱与井壁碰撞的过程进行成功的数值仿真分析,钻柱与井壁碰撞的整个时间历程得以全面细致地模拟再现。     

双向受压载荷具内压斜裂缝的起裂与扩展

基于力的平衡原理及断裂力学理论，针对射孔方位与最大主应力方向不重合的情况，建立了裂缝模型，推导了双向受压具内压斜裂纹的应力场，提出了裂纹开裂与延伸的最大应力强度准则。根据现场实际情况，应用有限元法对水力压裂初裂缝的应力强度场进行了计算，分析表明，该准则具有很高的精度。通过模型计算可以看出，当射孔方位与主应力方位不匹配时，初裂缝将转向，形成一条曲折的裂缝，给水力压裂施工带来很多困难；应用定方位射孔技术可以有效地解决该问题。     

带压作业闸板防喷器关键部件的有限元分析

带压作业闸板防喷器的关键部件是密封胶心和壳体,分别采用尼龙与帘线-丁氰橡胶复合材料和合金钢锻件制造。以SolidWorks及Cosmos有限元软件为平台建立了数值模型,对胶心和壳体进行了受力数值模拟计算。计算结果表明,在20MPa的压力作用下,胶心接触压力最大值位于尼龙下端棱角位置,达9.7MPa,橡胶翼板无明显应力集中现象,胶心结构强度满足要求;壳体在系统压力为35MPa时,其内壁最大应力为222MPa,安全系数为2.8,满足设计要求。有限元数值模拟为带压作业闸板防喷器的设计提供了参考依据。     

球形储罐的应力分析

随着球形储罐的建造规格向大型化发展,其材料用量和球壳板尺寸规格也越来越大,由此增加了球壳板在压制、运输、现场吊装及焊接等一系列建造难度。因此,大型球罐在结构、载荷等方面的本质安全要求更高的情况下,需要按照分析设计方法进行球罐的设计。通过全面的分析总结,对涵盖所有载荷组合形式的球罐4种载荷工况和2种结构模型进行整体应力计算,分析了各种载荷工况下球罐的受力状况,重点分析了支柱与球罐连接部位的应力情况。结论是:应力计算要考虑所有可能的载荷组合工况;计算载荷时要分别建立"对中模型"和"跨中模型";最大应力是在支柱与球罐连接处,要尽可能圆滑过渡,有限元应采用六面体单元分析。