阻尼板作为增加圆筒型FPSO附连水质量和黏性阻尼的关键装置,可有效降低垂荡和横摇运动。阻尼板通常为与柱型筒体相连的悬臂梁式箱型结构,阻尼板及其与筒体连接区域处的结构设计及强度校核是圆筒型FPSO结构设计的关键。以阻尼板处最大压力及最大阻尼力作为目标设计载荷,采用子模型法校核其结构强度,以总强度分析得到的变形作为子模型边界条件,采用 Morison法模拟黏性阻尼载荷,对阻尼板结构强度进行校核分析,为阻尼板的结构设计提供依据和指导。

为了研究疲劳和腐蚀对半潜式平台结构极限强度可靠性的影响,文章改进了Smith方法,使之能够用于计及撑杆整体失稳的半潜式平台对开、对闭的极限强度计算;基于随机过程理论,建立计及疲劳和腐蚀作用的平台结构极限强度随机时变模型;针对某半潜式平台,建立波浪载荷和静水载荷随时间的变化模型,使用并联系统方法计算平台结构的时变可靠性,并与年度瞬时可靠性进行比较。

依托大型科研项目深海采矿船,通过对采矿作业流程的描述,重点说明了深海采矿船关键设备的特点。以关键设备A架和塔架为例,通过选取合适的规范并对加强结构设计进行分析;提出若干优化方案,对结构设计进行优化并比较,找到降低局部应力的优化措施,为船型结构强度设计提供思路和方法。

随着技术的进步,深海采矿活动已经逐渐从科研进入商业开采阶段。深海采矿船是深海采矿作业的主要装备,对我国的海洋矿产资源开发有着重要意义。文章依托工信部深海采矿船课题,进行了采矿船结构设计的相关规范适用性研究,适用的设计载荷研究,结构设计特点研究,特殊采矿作业装备加强设计研究等方面的工作,为深海采矿船系统的国产化进行技术储备。

半潜式生产平台是一种适用深海油气资源开发的主流装备,相比半潜式钻井平台,其在结构强度和疲劳分析方面有更高的要求。文章在规范设计及校核的基础上,采用三维结构有限元数值分析法,对半潜式生产平台关键结构优化设计和可靠性分析进行研究,以求平台关键结构区域应力状态更合理优化;基于蒙特卡洛法,针对海洋工程环境条件的复杂性和不确定性,引入载荷随机概率变化设定,进一步对关键结构进行可靠性分析及优化,以关注结构强度的可靠性。

针对3000m深水钻井船月池角隅的疲劳强度进行研究。采用全概率疲劳分析方法,选用合理的S-N曲线,对月池角隅处的疲劳损伤和疲劳寿命进行评估。介绍全概率疲劳分析方法的原理和流程,并针对波浪载荷这个对疲劳计算影响较大的因素进行较为全面的梳理,研究了质量重心分布对波浪载荷的影响等内容,以合理确定疲劳计算的分析工况。

针对浮式生产储卸油装置(FPSO)的扩展船型——配有钻井模块以及月池结构的浮式钻井生产储卸油装置(FDPSO)的总强度设计问题,讨论全船有限元分析方法的实现。探讨月池区域结构应如何在全船分析中进行考虑,并结合舱段有限元手段,进一步研究月池区域结构的强度分析方法。研究工程项目如何结合全船有限元分析方法进行合理化设计。

在参考模型试验结果选取适当月池自由面耗散系数的基础上,对目标船进行波浪载荷预报。选取合理的月池自由面耗散系数,以准确模拟月池围壁压力;进而准确计算月池开孔对船体梁波浪载荷的影响,形成一套数值计算与模型试验相结合的带月池船体梁波浪载荷预报方法。研究成果为船舶波浪载荷预报提供参考。

碰撞事故是基于事故极限状态设计重点考虑的对象,在设计中越来越受到重视。文章以某大型浮式结构物为研究对象,总结分析ISO、API、HSE、DNV、ABS、BV、LR等标准及规范对碰撞场景的相关规定,提出碰撞分析场景及设计衡准;基于简化分析技术建立碰撞力学模型,利用动态非线性结构分析软件ABAQUS进行仿真分析,通过分析塑性应变、塑性变形、吸能、碰撞力及运动等,校核评估舷侧结构的耐撞性能;分析不同碰撞位置、撞击船型式等对碰撞性能的影响。研究表明:目标大型浮式结构物舷侧结构碰撞事故极限强度满足规范要求,首柱撞击相对比较危险,可作为计算分析控制工况。

针对在西非海域作业的某多点系泊30万吨FPSO,研究西非海域特定环境条件下的双向风浪及涌浪的联合作用对该FPSO运动及载荷响应的影响。文中基于三维势流理论对FPSO运动响应进行数值分析,并与试验值幅值响应算子(RAO)对比。利用双Ochi-Hubble谱的短期预报,论述FPSO在双方向风浪及涌浪作用下的运动幅值、加速度及载荷响应;论述涌浪方向对运动及载荷响应的影响,并考虑涌浪周期敏感性的影响,对FPSO运动加速度、幅值、波浪弯矩、波浪剪力进行数值分析;总结了FPSO在双方向风浪及涌浪作用下运动及载荷响应根据浪向的变化特点,以及FPSO波浪载荷受风浪和涌浪周期敏感性影响的特点,为西非FPSO后续的结构设计提供参考。

以半潜式钻井平台为研究对象,研究承载力极限状态设计方法的应用。文中首先介绍了承载力极限状态、分析方法、强度衡准;然后基于非线性软件ABAQUS,以加筋板架为研究对象,对其极限强度有限元数值仿真的分析方法、初始变形影响、结果分析技术等进行研究,总结形成数值仿真分析技术。在此基础上,分析半潜平台结构模型、载荷模型、边界约束等,研究目标平台在横向分离、纵剪、纵扭三种变形模式下的极限承载力及变形模式;分析等效模型、加筋模型对计算结果、计算效率的影响,提出半潜式平台极限强度工程化数值分析技术。最后,基于部分安全系数准则提出完整半潜式平台结构极限强度衡准,并对目标平台进行评估;总结形成半潜式钻井平台基于承载力极限状态的结构设计技术。

为研究液舱内液货自由面水动力效应对船体波浪载荷及船体运动的影响,基于一艘15万吨FPSO,选取液货舱原始布置形式下两种典型装载工况以及一组具有不同长度中部半载液舱的FPSO液舱分布模型,分别采用准静态方法和全动态方法对船体波浪载荷及运动进行计算。结果表明,使用准静态方法进行波浪载荷预报具有工程可靠性,中部半载液舱长度对船体波浪载荷及运动有一定影响。

基于中国船舶及海洋工程设计研究院十多艘服务于中国海域的FPSO结构设计经验,结合船级社相关规范要求,介绍了FPSO结构设计技术在中国的发展进程。文中回顾了20世纪末至21世纪初的FPSO结构设计状态;针对两艘分别作业于中国南海和渤海的FPSO,分析了包括设计波浪载荷数值、总纵强度和极限强度校核、舱段强度有限元、疲劳强度校核、模块支墩与单点加强等特殊结构设计以及意外载荷等各方面的最新发展。在此过程中,水动力分析、线性与非线性有限元及谱疲劳分析等先进的设计方法和分析软件,均得到了普遍应用。