橡胶圈层数对桩腿耦合装置性能影响研究

运用非线性有限元软件ABAQUS/Explicit,建立了不同橡胶圈层数的桩腿耦合装置(简称LMU)整体计算模型,并对其进行了非线性数值求解。通过对载荷-位移曲线、吸能曲线、应力和应变、速度曲线和动能曲线等的详细分析,研究了橡胶圈层数对桩腿耦合装置性能的影响。结果表明,橡胶圈层数对LMU吸能效率和橡胶圈最大应变的影响可忽略不计,但对其刚度、应力、速度和动能及其衰减速率的影响较为明显。随着橡胶圈层数的增加,LMU的刚度逐渐增大,最大应力先减小后增大,最大速度和动能逐渐减小,速度和动能的衰退速率逐渐减小。在LMU设计阶段,应考虑橡胶圈层数对LMU上述方面的影响,合理选择橡胶圈的层数,使LMU能够最有效地发挥缓冲作用。     

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.     

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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

张力腿平台总体响应分析方法研究

张力腿平台 ( TLP ) 作为典型的深水顺应式平台,其总体响应分析对于平台设计过程至关重要.分析技术关系到计算效率和相关耦合效应的处理,本文介绍了张力腿平台的基本结构及其运动特点,分析了平台总体响应分析的基本方法,包括频域分析和时域分析的方法,将不同的分析技术相结合,提供了不同的分析策略,为张力腿平台总体响应分析的深入研究提供了一定的基础.     

软黏土中成桩工艺对HSCM桩抗压承载性能影响的模型试验研究

螺旋桩芯劲性复合桩（helix stiffened cement mixing pile,简称HSCM桩）是一种新型复合桩,其成桩工艺会对桩身及其承载性能有较大影响。为验证HSCM桩在软黏土中同步旋进注浆工艺的可行性,并研究其成桩参数对抗压承载性能的影响,设计了2组缩尺模型试验,包括不同叶片数量与钻进速度的HSCM桩与对比螺旋桩。通过在高岭土制备的软黏土中成桩,并进行抗压承载性能及桩身几何尺寸测试,分析HSCM桩的成桩参数与水泥土桩身间的关系。试验结果表明：同步旋进注浆工艺能够在螺旋桩周围形成倒圆台状的水泥土桩身,水泥土桩身的平均黏结直径约为叶片直径的1.17～1.35倍;适当增加叶片数量能够使水泥与土体充分拌和,提高水泥土桩身的完整性与连续性,以改善HSCM桩的成桩质量;钻进速度大幅提高会导致注浆量不足,减小水泥土桩身的黏结直径与刚度;试验条件下HSCM桩的抗压极限承载力是螺旋桩的3.83～3.93倍,桩径扩大提高了侧摩阻力,注浆工艺加固并提高了土体强度,弥补了叶片在旋进过程中扰动土体造成强度降低的问题。     

Response Analysis of Tension-Based Tension Leg Platform Under Irregular Waves

Tension Leg Platform (TLP) is a hybrid structure used as oil drilling and production facility within water depths of 1200 m. The extension of this TLP concept to deeper waters is a challenge and warrants for some innovative design concepts. In this paper, a relatively new concept of TLP which is christened as Tension-Based Tension Leg Platform (TBTLP) and patented by Srinivasan (1998) has been chosen for study. Response analysis of TLP with one tension base under irregular waves for three different sea states has been performed using hydrodynamic tool ANSYS? AQWA?. Results are reported in terms of RAOs, response spectrums for surge, heave and pitch degrees of freedom from which spectral statistics have been obtained. The statistics of TBTLP have been compared with TLPs (without tension base) for two different water depths to highlight the features of the new concept. The effect of viscous damping and loading effects on the RAOs are also investigated.     

Nonlinear Random Motion Analysis of A Tension Leg Platform Considering the Set-down Motion of A Floating Body

The dynamic analysis of a Tension Leg Platform (TLP) in random wave is investigated by considering the set-down of a floating body. The nonlinear restoring stiffness is derived with the set-down motion of a floating body and the coupled motion of the tension leg and platform and the differential equations of the motion are established. The study focuses on the influence of the set-down motion on the nonlinear response of the platform. By considering different significant wave heights and currents, motion responses of the platform are calculated and compared. The analysis shows that the set-down motion significantly increases the heave motion with low frequency and the equilibrium position of the heave motion with the set-down motion is much lower than that without set-down motion. The results in this paper indicate that the set-down motion has a major impact on the safety of the platform inproduction operation, and it is also a threat to the strength of tension legs and risers.     

In Situ Correction of Porosity and Velocity of Pelagic Carbonate Sediments in the Eastern Equatorial Pacific (Sites 846 and 850, ODP Leg 138)

During Ocean Drilling Program Leg 138, eleven sites were drilled. The sediments recovered are mainly composed of carbonate-rich pelagic ooze including minor diatom and radiolarian ooze. Average carbonate contents of Sites 846 and 850 are about 59% and 75%, respectively. The porosity and velocity measured in laboratory were corrected to in situ condition using empirical equation (Hamilton, 1976) and delta velocity (log value-laboratory value). The corrected laboratory porosity matches well with logging data, but it is deviating in the intervals of low carbonate content. The correlation between log porosity and the corrected porosity shows a similar trend. Depth profiles between the corrected velocity and logging data do not agree in the intervals of low carbonate content, but the intervals characterized by high carbonate content are relatively matched. This suggests that Hamilton's equation is not appropriate for diatom-rich sediments. The correlation between log velocity and the corrected velocity is also a much better fit than that of laboratory velocity. In addition, the relationship between velocity and porosity is a better fit using corrected data than uncorrected data. Thus, mechanical rebound correction needs to interpret laboratory data to in situ condition. However, the magnitude of rebound by the removal of overburden pressure should be carefully considered because the rebound depends on sediment types.     

Study on the negative bias temperature instability effect under dynamic stress

This paper studies negative bias temperature instability (NBTI) under alternant and alternating current (AC) stress. Under alternant stress, the degradation smaller than that of single negative stress is obtained. The smaller degradation is resulted from the recovery of positive stress. There are two reasons for the recovery. One is the passivation of H dangling bonds, and another is the detrapping of charges trapped in the oxide. Under different frequencies of AC stress, the parameters all show regular degradation, and also smaller than that of the direct current stress. The higher the frequency is, the smaller the degradation becomes. As the negative stress time is too small under higher frequency, the deeper defects are hard to be filled in. Therefore, the detrapping of oxide charges is easy to occur under positive bias and the degradation is smaller with higher frequency.     

海底对系缆运动及张力影响研究

对系缆运动及张力进行分析,并考虑海底对系缆的影响。采用细长弹性杆单元模拟系缆微段,建立系缆运动控制方程,采用有限元法对其进行离散,将海底弹性和阻尼作用力添加到离散控制方程中。利用牛顿法和Newmark-β法对离散后的系缆非线性运动方程组进行数值求解。模拟长600 m的系缆顶端受到垂向正弦激励时的运动,分别求得考虑和不考虑海底作用时系缆运动响应和动态张力。通过对比系缆的运动、速度和动态张力结果,发现海底的弹性阻尼作用对系缆的运动及张力特性有极大影响。上述研究工作为计算海底对系缆的作用力提供了新方法。     

新型张力腿式储油处理平台的动力响应分析

针对目前小油田早期生产中存在的不足,提出一种适用于浅水海域的新型张力腿式储油处理平台,该平台主要由储油箱、浮箱、吸力桩、系泊链和甲板结构构成,具备原油处理和储存功能。应用非线性时域耦合分析法,研究了有义波高、平均波周期、水深对该平台的运动响应和系泊链张力的影响。计算结果表明,波高对平台动力响应有较大影响,有义波高每增加0.4 m,平台水平位移相应增加0.408 m,而系泊链力随有义波高的增加呈准线性增大;波周期对平台水平运动影响显著,平均波周期从6.5 s逐级变化至8.5 s时,最大水平位移自3.760 m渐增至5.467 m,而波周期对系泊链力影响较小,变化率一般小于10%;该新型平台对水深大于20 m的浅水海域有良好的动力特性,而对水深小于20 m的海域却表现异常。因此,该新型张力腿式平台能满足水深不小于20 m浅海区的油田早期生产需要。     

脉红螺形态学参数分析及其交配行为的观察

为探究脉红螺(Rapana venosa)的交配模式及交配前的性选择机制,本实验选取99个脉红螺成体进行形态学测量并分析6个形态参数的相关性。研究发现,脉红螺的壳宽、体螺层高、厣宽和厣高均与壳高有显著相关性(r≥0.8),与螺旋部高无相关性(r0.3),螺旋部高仅与壳高有弱相关性(0.3≤r0.5);进一步比较雌螺和雄螺的6个形态学参数,发现脉红螺不存在性别二态性现象。在室内养殖池内观察脉红螺交配行为,发现亲螺入池后2~4d,雌螺和雄螺陆续出现交配现象;脉红螺每次交配持续时间均小于96h,其中83.6%的交配在48h内完成;雌螺和雄螺的交配次数均在0~5次之间,交配间隔期在2.67~8.80d之间,且前2次交配的间隔期要长于其他间隔期;未发现脉红螺在交配前以外部形态特征作为选择依据。研究表明,脉红螺属于多雌多雄的混交模式。     

不同结构形式张力腿平台水动力参数比较分析

随着张力腿平台(TLP)在深海油气开发领域的广泛应用,在早期传统式(C-TLP)的基础上衍生出了多种结构形式,其中还有延展式(E-TLP)、最小化深海水面式(MOSES)和海之星式(SeaStar)已具备业界建造运营经验。为了体现TLP各类结构形式的性能特点,服务于工程开发方案中平台构型选择,本文基于三维势流理论频域方法,针对现已建造的4种TLP的水动力性能及相关参数进行了对比研究。首先,在质量惯性、结构刚度相似的条件下,完成了各类型平台的主尺度方案;其次,采用SESAM软件分析计算了各方案设计平台的附加质量、势流阻尼和运动响应幅值算子(RAO);最后的结果对比表明,不同结构形式对张力腿平台的固有周期影响很大,分散立柱形式的C-TLP与E-TLP的垂向运动响应更小。     

立管对深水半潜式生产平台定位性能影响研究

基于三维频域势流理论,计算船体的水动力参数;采用动态耦合方法分析了深海半潜式生产平台各系统之间的相互作用特征,研究了立管系统对锚泊系统定位能力的影响。计算结果表明,立管系统在一定程度上增加了整个系统的刚度,其所受的附加质量和阻尼可降低平台的低频响应,从而降低平台的偏移和系泊缆的张力;海流将增大立管上的拖曳力,使平台偏移更远,锚索上的张力更大;立管系统对锚泊系统定位性能的最终影响需综合考虑多种因素的叠加。对目标平台而言,由于服役海域的流速较大,对立管的拖曳作用较为明显。因此,为确保平台的安全性,当服役海域流速较大时,带有多立管的平台,其锚泊系统的设计应考虑立管的影响。