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深水半潜式钻井平台简化疲劳分析 总被引：1，自引：0，他引：1
研究适用于中国南海的深水半潜式钻井平台结构简化疲劳分析方法。依据中国南海环境条件,计算平台结构应力响应,得到平台结构应力范围长期Weibull分布形状参数。通过结构波浪应力的长期预报,计算得到平台寿命期一遇波浪载荷,依据寿命期一遇波浪载荷计算平台结构寿命期一遇最大热点应力范围。采用简化疲劳分析方法计算平台结构疲劳寿命,用谱疲劳分析方法验证简化疲劳分析结果的准确性,证实了简化疲劳分析方法相对保守,可应用于平台的设计。 相似文献
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以超大型风力机(DTU 10 MW)为研究对象,对现有的大型(NREL 5 MW)无撑杆半潜浮式风力机支撑平台进行放大设计,用于支撑超大型风力机,基于气动-水动-伺服-弹性全耦合计算模型,根据设定的典型工况,使用FAST软件对超大型和大型无撑杆的半潜浮式风力机系统进行时域耦合分析,并依据计算结果对超大型和大型浮式风力机系统的运动响应和结构动力反应等特性进行对比分析。研究发现:半潜浮式风力机大型化后,气动荷载效应对风力机系统的激励作用更为突出,使得浮式平台运动由风荷载激励的低频共振反应比例增大,波频运动比例减小,这也导致由浮式平台低频运动激励的锚链张力反应增大。此外,高倍的飞轮转动频率对大型半潜浮式风力机叶片、塔架结构的激励作用较超大型半潜浮式风力机更为显著。 相似文献
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采用多体动力学方法研究了H型浮式垂直轴风力机的动力特性。将风力机叶片和塔柱处理为柔性体,浮式基础处理为刚性体,考虑柔性体的非线性变形,由拉格朗日第二类方程建立了浮式风力机系统的非线性刚—柔耦合多体动力学方程。系统载荷包括浮式基础受的波浪力、风机叶片旋转时受到的气动载荷、塔柱受到的风压载荷、系泊力以及系统阻尼力。编制了模拟系统响应的数值计算程序,该程序可以考虑浮式风力机系统的刚—柔耦合和气动力—水动力耦合效应。以5 MW风力机为例,计算了叶片的固有频率;分析转速对叶片固有频率的影响;计算风、浪联合作用下浮式风力机系统的动力响应。结果表明,随着风机转速的增加,叶片切向固有频率增加、法向固有频率减小;在风、浪联合作用下,浮式基础运动以波浪频率为主,气动载荷贡献较小。 相似文献
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根据IEC61400-3设定工况,采用NREL开发的5 MW风机基础模型,应用FAST,以Aero-Hydro-Servo-Elastic耦合仿真技术对风机进行研究。对时域仿真得到的短期载荷,应用分块极大值法联合Gumbel分布外推计算风机极限载荷;以雨流计数法、线性累积损伤理论和S-N曲线为理论基础应用MLife软件,计算风机疲劳载荷。对比分析不同工况下浮式风机、近海单桩风机和陆上风机的极限载荷与疲劳载荷,进而探讨影响浮式风机动态响应的因素。结果表明,对于陆上风机和近海单桩风机,风是其主要载荷来源;而波浪是浮式风机主要载荷来源。对风机进行设计要根据特定海域统计的海洋气候条件,避免风机及其支撑结构的固有频率与波浪频率近似而产生共振;风机制造装配在一定误差范围内,质量不平衡对风机载荷几乎没有影响。 相似文献
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本文对半潜式起重拆解平台上的吊机基座在工作载荷和波浪载荷下的组合疲劳损伤进行了分析研究。首先,建立了吊机基座与主船体连接结构的有限元模型,对疲劳热点区域进行了局部细化,并根据API规范的推荐做法计算吊机基座在工作载荷下的疲劳损伤;然后,结合不同作业工况和工作海域的影响,采用谱分析方法计算吊机基座在波浪载荷下的疲劳损伤;最后,对基座总疲劳损伤进行了组合分析。研究结果表明,多数热点部位的疲劳损伤都是以吊机工作载荷疲劳为主;局部热点由于船体结构布置的原因,波浪疲劳占比更大。吊机基座在设计时应综合考虑工作载荷疲劳损伤和波浪疲劳损伤两因素,才能保证基座在平台运营期间内的疲劳寿命。 相似文献
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以浮式半潜平台为研究对象，针对影响气隙结果的波浪非线性效应进行研究分析。通过分析平台气隙响应特性，确保平台在极端海况下的安全性。首先通过数值计算与模型试验，对一座浮式半潜平台在极端海况下的气隙响应进行计算与测量；进一步对平台附近18个典型位置的波面升高响应进行统计分析与概率分布拟合处理；最终求得反映各处波浪非线性强度的非线性因子∂值，并与OTG-13规范中的建议值对比讨论。结果发现∂的计算值与建议值并不完全一致，由于波浪受平台运动及平台结构扰动影响，平台下浮体附近处波浪非线性效应较强，计算值较建议值大，需要重点考虑分析。相应地，距离平台结构较远位置处的计算结果与建议值一致。 相似文献
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针对海洋环境中的半潜式平台多方面不确定性,基于半潜式平台结构整体强度分析方法,考虑多种波浪荷载作用的结构响应,采用非线性逐步垮塌分析方法,研究平台在不同控制工况下的极限承载力模型,建立相应的功能函数.根据结构体系可靠度理论和失效模式之间的关系,采用串联体系的可靠度计算方法.最后,对一座具体半潜式平台在100年重现期波浪荷载作用下进行了体系可靠性计算.计算结果表明平台整体可靠度水平由波浪引起的主要结构响应形式决定.通过计算,验证可靠度计算方法具有高效性和可行性,可以为大型深水浮式平台结构的设计、维护和评估提供理论依据. 相似文献
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以某新型深水半潜式钻井平台为分析对象,依据三维绕射理论计算单位波幅下波浪诱导载荷,通过建立三维有限元模型计算完成了热点应力响应。运用热点应力的谱分析法计算得到危险节点的疲劳寿命,并进一步分析了各个短期海况和不同浪向对节点总的疲劳损伤度的贡献。研究结果表明,危险节点的疲劳寿命都满足设计寿命要求;在各种中低海况下,疲劳损伤主要来自于平均跨零周期在6 s附近,有义波高转大的短期海况;平台关键连接部位的疲劳损伤主要是在横浪和斜浪状态下产生的,并且对某单一方向的波浪非常敏感。此研究对该类型平台的连接处结构设计和疲劳分析方法有参考意义。 相似文献
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为了得到桶基础承受风、浪动荷载的承载性能，结合我国东海地质条件，统计中国东海2010—2020年浅、深海风速和最大海浪数据，通过计算得到风浪荷载并制成ABAQUS软件幅值曲线施加到海上风电吸力桶基础上，分析了吸力桶基础在动荷载作用下的承载特性。结果表明：吸力桶基础受风、浪荷载影响明显，桶基础迎力面受到风浪动荷载产生拉拔现象。在浅海区，桶基础在风浪荷载作用下桶身自上而下变形不协调，风浪荷载最大的10月份桶基础迎力面最大位移超出了规范0.02D的限制，基础失稳；桶基础背力面受压变形较小。在深海区，桶基础在风浪荷载作用下桶身自上而下变形相对协调，施加风浪荷载后桶体迎力面最大位移为14.9 mm，整体上迎力面位移比背力面位移大4 mm，桶体处于稳定状态。相较浅海区的吸力桶单桶结构，深海区吸力桶结构由于尺寸增加，桶体的稳定性得到提高，说明吸力桶结构的尺寸对稳定性起决定性作用。 相似文献
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灌浆连接段的疲劳性能对于海上风机单桩支撑结构至关重要。基于385种工况下的某实际5 MW单桩风机支撑结构在风、浪荷载作用下的动力响应分析,获取了灌浆连接段荷载边界条件时程。建立灌浆连接段精细化有限元子模型,将荷载边界条件转化为应力时程。对于剪力键采用"热点应力"方法进行疲劳性能评价。对于灌浆材料,选取剪力键附近灌浆材料单元积分点处的第三主应力进行疲劳性能评价。采用Palmgren-Miner线性损伤累计准则和雨流计数方法进行疲劳损伤的累计。在某实际灌浆连接段20年的设计寿命周期内,最大剪力键总疲劳损伤为1.35×10~(-10);最大灌浆材料总疲劳损伤为1.54×10~(-3)。由此可见,灌浆连接段的疲劳性能由灌浆材料控制,且损伤值远小于限值1/3,在现有的荷载条件下,灌浆连接段不会发生疲劳破坏。分析产生损伤较大的几种工况可知,风速对现有单桩结构灌浆连接段疲劳的损伤起控制作用。 相似文献
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《Applied Ocean Research》2007,29(1-2):45-54
Catenary mooring lines are typically subjected to bimodal loads, comprising of a wave frequency (WF) component due to the first-order wave forces and a low frequency (LF) component induced by the second-order wave forces. For moored vessels, the LF forces due to current and wind also play a role. Only dynamic wave loads are considered herein, while current and wind loads are modeled as constant forces. Because of the nonlinearities of the mooring line characteristics, the dynamic line tension and the second-order responses, both the WF and LF line tensions are in principle nonGaussian. These facts make it difficult to estimate the combined fatigue damage of mooring lines in the frequency domain. A fatigue combination rule based on the Jiao and Moan’s theory has been extended to cover the nonGaussian case. The purpose of this paper is to improve and validate the frequency-domain method by time-domain analysis based on a simplified, but accurate mechanical model of the dynamic line tension. Improvements on the LF and combined fatigue damage estimation have been made by considering the nonsymmetrical property of the LF line tension distribution. Both the WF and LF mooring line tensions due to wave loading have been simulated in the time domain for different sea states and the combined fatigue damage has been estimated by using the rainflow cycle counting algorithm. The accuracy of the frequency-domain method for estimating the bimodal nonGaussian fatigue damage of mooring lines has been verified by the time-domain simulations and is considered to be acceptable. 相似文献
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Offshore wind turbines can exhibit dynamic resonant behavior due to sea states with wave excitation frequencies coinciding with the structural eigenfrequencies. In addition to significant contributions to fatigue actions, dynamic load amplification can govern extreme wind turbine responses. However, current design requirements lack specifications for assessment of resonant loads, particularly during parked or idling conditions where aerodynamic damping contributions are significantly reduced. This study demonstrates a probabilistic approach for assessment of offshore wind turbines under extreme resonant responses during parked situations. Based on in-situ metocean observations on the North Sea, the environmental contour method is used to establish relevant design conditions. A case study on a feasible large monopile design showed that resonant loads can govern the design loads. The presented framework can be applied to assess the reliability of wave-sensitive offshore wind turbine structures for a given site-specific metocean conditions and support structure design. 相似文献
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海上支撑结构的优化设计是海上风机技术发展的必然趋势，降低支撑结构的载荷是保证风机安全运行的有效途径。海上支撑结构受到风浪复杂环境荷载作用，风、浪载荷决定着塔底承受较大的剪力和倾覆力矩，同时风浪的随机性和周期性会影响塔架的疲劳载荷。基于海上风机支撑结构频率对载荷影响的研究，分析海上支撑结构频率对叶片根部挥舞和摆振响应的影响，探究频率对风机响应的影响机理。研究表明：波浪频率诱导是基础疲劳载荷响应的主要原因；开展单桩基础设计，当整机频率确定时，基础变径段可设置于浪溅区下部区域范围；叶片摆振响应受1P频率影响较大，在风机设计时可增加叶片摆振方向的阻尼；当整机频率邻近3P频率时，塔筒刚度变化对基础载荷响应的影响大于基础刚度变化；海上支撑结构设计时可优先考虑塔筒刚度。 相似文献
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疲劳破坏是海洋结构物发生破坏的一种主要形式,深水半潜平台在海上运输、作业、停滞时会受到交变的风、浪、流载荷作用,进而引起结构关键节点处的疲劳损伤,影响平台安全性。以"海洋石油981"半潜钻井平台为研究对象,利用光纤光栅应变传感器对结构高应力区进行应力监测,获取测点处应力时历数据。将监测位置划分为四个监测板块,采用四点雨流计数法对测点应力进行处理,得到以离散形式给出的应力循环幅度与相应循环周次。参照DNV《海上钢结构疲劳设计规范》推荐的S-N曲线,基于Miner线性疲劳累计损伤原则,得到各个测点处的总体疲劳损伤度。选取具有最大疲劳损伤度的危险测点,并结合海上实测总时长,预测半潜平台的总体疲劳寿命。 相似文献
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以Spar型浮式风机为研究对象,研究涡激力对于浮式风机系统运动的影响。对多体动力学软件FAST进行二次开发,加入涡激力的计算接口,实现了在平台涡激、波激、空气动力载荷及系泊联合作用下的Spar浮式风机系统的运动响应的计算。计算了在风、浪、流联合作用下,频率锁定现象发生时,Spar基础的运动响应,分析了风浪下Spar风机运动响应的涡激运动特性,并研究了不同的入流角度的影响。结果表明:考虑涡激力后,Spar基础的横荡运动明显增大;风浪流同向时,风浪的存在会抑制流载荷引起的横荡在涡泄频率的运动;在流与风浪垂直时,会激发Spar基础的更大的纵荡运动响应。 相似文献
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针对张力腿系泊浮式风力机的基础运动,忽略柔性构件的影响,建立气动—水动—系泊非线性耦合运动方程。在运动控制方程中包含张力腿系泊系统的非线性回复刚度,桨距角控制以及浮式基础运动对空气动力载荷的影响。在波浪载荷的计算中考虑二阶波浪载荷的作用。采用随机频率相位角调制法生成畸形波波面时历,计算在畸形波作用下张力腿型浮式风力机的动力响应特性。数值模拟结果表明,在畸形波作用下,浮式基础的运动及空气动力性能均受到了显著的影响。其中浮式基础的纵荡和纵摇运动分别受二阶差频与和频波浪力的影响,而垂荡运动的增加则主要是受下沉运动的影响。在畸形波经过的时刻,风力机的功率系数迅速下降,水平方向的风载荷波动先减小,随后其数值急剧下降,而垂直方向的风载荷波动增大。 相似文献
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以一6.7 MW风机为研究对象，提出了一种适用于30~50 m水深的海上风电倒Y形导管架筒型基础结构型式，采用三维精细有限元模型对结构的受力特性展开研究，包括结构的自振特性以及在随机风浪流荷载作用下的动力响应。研究结果表明，倒Y形导管架筒型基础采用“三腿变六腿”导管架的结构型式，能够更加有效的将上部荷载传递至下部筒型基础，具有较好的受力特性和传力体系；整机结构的前两阶自振频率均在风机允许运行的频率范围内；在50年一遇极端随机风浪流荷载作用下，整机结构的位移响应和应力响应，均可满足结构安全使用要求。 相似文献