海洋平台结构优化设计论文
海洋平台结构优化设计论文
摘要：MSC/NASTRAN程序系统在解决较大型规模的工程优化问题时，能够以其独特的优化设计思想（灵敏度分析和可行方向法）来较圆满地完成。
1、数值优化方法的基本原理
本文采用美国MSC/NASTRAN程序系统的优化模块，运用改进的可行方向法来解决大型优化问题。该模块利用近似概念，把结构有限元分析与数值优化有机结合起来。所谓近似概念即通过设计变量的耦合、约束条件的区化和筛选、结构响应近似化、直接线性化、混合方法和凸线性方法建立近似模型。.
2、结构力学模型
导管架平台结构是一以杆系为主的结构，节点一般选在杆件的交叉点。根据需要，集中载荷作用点、杆件截面突变点、桩与泥面处的交点也作为节点考虑。杆件一般用来传递轴力、弯矩、剪力，因此在建立模型时杆件一般作为梁单元。对于一般的导管架平台结构，主要包括导管架、桩基、上部组块三部分，结构的内力和变形要受到流体-结构-土壤相互作用的影响。因此，在建立平台结构有限元模型时，可以采用简化的分析方法，即把桩基在泥面处分开，桩与设计泥面交接点视为节点。计算基本载荷分为固定载荷、活载荷、风载荷、波浪载荷、海流载荷、冰载荷和地震载荷等。风、浪、流、冰载荷按四个
海洋工程水动力学试验研究
海洋工程水动力学试验研究 作者：杨建民，肖龙飞，盛振邦编著 出版社：上海交通大学出版社 出版时间： 2008-1-1字数： 219000版次： 1页数： 136印刷时间： 2008/01/01开本： 16开印次： 1纸张：胶版纸I S B N ： 9787313050649包装：平装编辑推荐全书共分9章。第1章为总论，简要介绍海洋资源和海洋油气开发概况，我国海疆和海上油气资源、海洋环境条件、海洋平台的种类。第2章介绍模型水动力试验研究的历史沿革及其对科技进步的作用，国内外主要海洋工程水池及主要试验设施。第3章重点阐述模型试验研究的基础理论，包括：相似理论、海洋环境条件(特别是海浪)的理论描述、浮式海洋平台运动与受力的分析、线性系统响应的频域分析和时域分析方法。余下各章主要结合上海交通大学海洋工程国家重点实验室十多年的工作经验，系统地阐述海洋平台模型(包括锚泊线、立管等)的制作和有关参数的模拟调节；水池中风、浪、流等海洋环境的模拟；各类测试仪器的介绍和标定；模型在静水、规则波和不规则波中的试验；测量数据的采集；试验数据的处理与分析以及试验研究项目的实施规程等有关内容。此外，对于深海平台的试验技术也进行了专题介绍，以适应海洋石油开发不断向深海拓展的需要。 内容简介 本书介绍船舶与海洋工程结构物在海洋风、浪、流环境条件作用下水动力性能的模型试验研究方法及相关理论。主要内容包括：海洋油气开发与海洋平台简介；海洋工程水动力模型试验的历史沿革、作用，国内外水池及其主要设施，水动力学基础；模型制作及海洋环境条件模拟的方法和理论；测量仪器的分类、标定及模型测试校验；模型在风、浪、流中的各种试验内容与方法；试验数据的处理与分析；试验研究项目的实施规程；深海平台模型试验技术概述。 本书是我国海洋工程国家重点实验室多年来试验研究工作的总结，同时吸收了国际上的最新研究成果，注重实践能力的培养。可作为高等院校船舶与海洋工程专业的本科生教材和研究生的教学参考用书，也可供海上油气开发部门、船厂、设计研究单位从事海洋工程科技人员参考。 目录 第1章总论 1.1 海洋开发与海洋工程概述 1.2 海洋油气开发简介 1.3 我国的海疆和海上油气资源
海洋平台设计原理复习
海洋平台设计原理复习 一、思考题 1.海洋平台按运动方式分为哪几类？列举各类型平台的代表平台。各类型的优缺点有哪些？ 1）固定式平台（导管架平台、重力式平台）： 优点——整体稳定性好，刚度较大，受季节和气候的影响较小，抗风暴的能力强。缺点——机动性能差，较难移位重复使用。 2）活动式平台（坐底式平台、自升式平台、半潜式平台、钻井船、FPSO）： 优点——机动性能好 缺点——整体稳定性较差，对地基及环境有要求。 3）半固定式平台（张力腿式平台、Spar平台）： 优点——适应水深大，优势明显。 缺点——较多的技术问题有待解决。 2.海洋平台设计所涉及的关键技术问题有哪些？各关键技术的必要性及其可采用的研究方法？ 1）总体布置与优化设计研究 2）环境载荷研究 3）平台极限承载能力研究： 必要性——评价平台的安全性、强度储备、优化 研究方法——试验方法、数值方法 4）平台稳性研究： 必要性——研究海洋平台支撑在海底的抗倾覆能力 研究方法——规范校核（CCS、ABS)、软件分析(NAPA、ANSYS) 5）关键结构或节点的疲劳性研究： 必要性——结构疲劳影响结构使用寿命，要考虑海洋环境和波浪载荷作用，能判断易疲劳部位，优化结构并预测结构寿命。 研究方法——疲劳试验、疲劳仿真 6）平台模块化技术研究： 必要性——便于安装、拆装改造、达到多功能要求，主要设计模块化结构的联接方式并分析联接结构的动、静态响应。 研究方法——疲劳性能试验、计算分析 7）焊接工艺与结头韧性评定技术研究： 必要性——焊接接头韧性不足会导致焊接结构破坏，因此需优化焊接工艺。 研究方法——CTOD试验、数值仿真 （CTOD指的是裂纹体受到张开型载荷后原始裂纹尖端处两表面所张开的相对距离，CTOD值得大小反映了裂纹尖端材料抵抗开裂的能力） 8）振动、噪声预报与控制研究 必要性——振动噪声会使结构疲劳、影响健康 研究方法——振动分析、噪声预报 9）平台碰撞分析和防撞技术研究 必要性——平台碰撞会威胁平台安全，该技术主要研究防护装置的设计
海洋平台的安全性与规范设计【开题报告】
开题报告 船舶与海洋工程 海洋平台的安全性与规范设计 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义： 最近几年，我国海上石油开采已从近海浅水走向深海.未来5 年~10 年内，我国海洋石油的开采水深有望达到500 米-2000 米.由于导管架平台和重力式平台自重和工程造价随水深大幅度增加，已经不能适应深水海域油气开发的要求.因此，研究、发展深海采油平台的有关技术势在必行. 而深海石油平台的设计，建造及相关技术是深海油气资源开发中的关键技术之一，及早了解和和掌握国外深海平台的建造和使用情况，探讨国外深海平台设计和使用中积累的经验和存在的问题，对我国海洋油气开发具有重要意义。 对深水开采，钢质导管架平台的造价会随水深增加而急剧增长，以致增加到在经济上不可行。这就促使我们在深海开发中使用新的结构形式，如混凝土结构和浮式结构。典型的浮式结构是FPSO，半潜式平台，张力腿平台（TLP）和SPAR平台。 海洋平台结构复杂，体积庞大，造价昂贵，特别是与陆地结构相比，它所处的海洋环境十分复杂和恶劣，风、海浪、海流、海冰和潮汐时时作用于结构，同时还受到地震作用的威胁。在此环境条件下，环境腐蚀、海生物附着、地基土冲刷和基础动力软化、材料老化、构件缺陷和机械损伤以及疲劳和损伤累积等不利因素都将导致平台结构构件和整体抗力的衰减，影响结构的服役安全度和耐久性。另外，操作不当、管理不当等人为因素也直接影响海洋石油平台的安全性。随着对海洋平台复杂性的深入了解，造成了重大的经济损失和不良的社会影响。例如，1965年英国北海的“海上钻石”号钻井平台支柱拉杆脆性断裂导致平台沉没；1968年“罗兰角”号钻井平台事故；1969年我国渤海2号平台被海冰推倒，造成直接经济损失2000多万元；1997年渤海4号烽火平台倒毁；1980年北海Ekofisk油田的Alexander L Kielland 号五腿钻井平台发生倾覆，导致122人死亡；以及2001年巴西油田的P-36平台发生倾覆。 1982年7月交通部烟台海难救助打捞局，经过一年多的努力，将“渤海2号”沉船分割成10大块打捞上岸。主甲板上共有10个通风筒，其中，泵舱的四个通风筒—两个进风风筒和两个排风风筒，全部被风浪打掉。事故分析报告给出三个主要原因，原因
论海洋平台钢结构的加工设计
论海洋平台钢结构的加工设计 本篇论文主要论述海上石油钻井平台钢结构的加工设计，论文中将以实际项目为例，介绍加工设计的整个过程以及相关软件的应用方法，目的在于提高设计人员的工作效率、减少错误的发生。论文包括如下几个部分：一、工况概述；二、建造方案；三、加设图；四、单件图与排版图。 标签：型材；有限元；板材；吊点；吊装 1工况概述 海上石油钻井平台是以钢结构为主体的多专业协同工作的采油平台，在加工设计阶段，由于详细设计已经基本绘制了结构图纸，加工设计只需要制定施工方案，完成图纸杆件的标号和每个杆件的单件图和排版图的绘制。本篇论文以平台改造项目为例，论述加工设计的基本方法和工作思路。 工况概述：平台改造项目的目的是为了在平台上增加一台设备，以更好的进行原油处理，减少资源浪费。该设备重70吨外形尺寸为长2米宽12米，放置于平台东侧，目前设备就位区没有结构，需要增加结构放置设备。 详细设计已经提供结构平面图和节点图。 大梁选用H588X300X12X20的H型钢，小梁选用H300X300X10X15的H 型钢，材料为Q345B，甲板板选用8毫米厚的碳素结构钢材质为Q235B，选择直径为273毫米壁厚为10毫米的20#钢的无缝钢管。节点板选用13毫米厚的碳素结构钢材质为Q345B。 2 建造方案 加工设计的建造方案主要是甲板片的预制方案，吊装方案等。预制方案一般用正造法或者反造法。 正造法是在建造场地上放置垫敦，将甲板片放置于垫敦上建造。 反造法是在车间里翻转建造，将甲板板平铺于水泥地上划线并翻转组对梁格，最后翻身。 由于反造法不像正造法那样需要高度调整，划线也很容易，所以组对迅速，建造效率很高，所以只要建造方有车间资源我们就首选反造法。但是反造法需要设计人员制作翻身方案，所以增加了加工设计人员的工作量。 甲板片预制的技术要求如下：
海洋石油平台课程设计92029639
《海洋石油平台设计》课程设计
目录 第一章综述 (1) 1.1 平台概述 (1) 1.1.1 海洋平台的分类 (1) 1.1.2海洋平台结构的发展历史及现状 (2) 1.1.3海洋平台结构的发展趋势 (3) 1.2 海洋环境荷载 (4) 1.2.1海风荷载 (4) 1.2.2海流荷载 (4) 1.2.3波浪荷载 (5) 1.2.4海冰荷载 (6) 1.2.5地震作用 (6) 1.3 ANSYS软件介绍 (7) 1.3.1 ANSYS 的发展历史 (7) 1.3.2 基本功能 (7) 1.3.3分析过程 (8) 第二章导管架平台整体结构分析 (12) 2.1 导管架平台简介 (12) 2.2 平台整体模型建立 (12) 2.2.1工程实例基本数据: (12) 2.2.2平台几何模型的建立 (13) 2.3、波流耦合作用下导管架平台整体结构静力分析 (20) 2.3.1结构整体静力分析 (20) 2.3.2 静力结果分析 (23) 2.4 导管架平台整体结构模态分析 (26) 2.4.1结构模态计算 (26) 2.4.2观察模态分析结果 (26) 2.5 波浪作用下平台结构瞬态动力分析 (30) 2.5.1瞬态动力分析 (30) 2.5.2动力分析结果处理 (33) 第三章平台桩腿与海底土相互作用模拟 (37) 3.1 基础数据 (37) 3.2前处理过程 (38) 3.3静力求解计算 (42) 3.4 结构模态分析 (47) 第四章总结 (53)
第一章综述 1.1 平台概述 海洋平台是一种海洋工程结构物,它为开发和利用海洋资源提供了海上作业与生活的场所。随着海洋开发事业的迅速发展,海洋平台得到了广泛的应用,如海底石油和天然气的勘探与开发、海底管线铺设、海洋波浪能的利用、建造海上机场及海上工厂等。目前应用海洋平台最为广泛的领域当属海上油气资源的勘探与开发。用于海上油气资源勘探与开发的洋平台按功能划分主要分为钻井平台和生产平台两大类,在钻井平台上设有钻井设备,在生产平台上则设有采油设备。若按结构型式及其特点来划分,海洋平台大致可分为三大类固定式平台、移动式平台和顺应式平台。 1.1.1 海洋平台的分类 1.固定式平台 固定式平台靠打桩或自身重量固定于海底,目前用于海上石油生产阶段的大多数是固 定式平台,它又可分为桩式平台和重力式平台两个类别。桩式平台通过打桩的方法固定于海底,其中的钢质导管架平台是目前海上使用最广泛的一种平台；而重力式平台则是依靠自身重量直接置于海底,这种平台的底部通常是一个巨大的混凝土基础沉箱,由三个或四个空心的混凝土立柱支撑着甲板结构。 2.移动式平台 移动式平台是一种装备有钻井设备,并能从一个井位移到另一个井位的平台,它可用于海上石油的钻探或生产。移动式平台可分为坐底式平台、自升或平台、钻井船和半潜式平台四个类别。坐底式平台一般用于水深较浅的海域,工作水深通常在60米以内；自升式平台具有能垂直升降的桩腿,钻井时桩腿着底,平台则沿桩腿升离海面一定高度,移位时平台降至水面,桩腿升起,平台就像驳船可由拖轮把它拖移到新的井位。自升式平台的优点主要是所需钢材少,造价低,在各种情况下都能平稳地进行钻井作业,缺点是桩长度有限,使它的工作水深受到限制,最大的工作水深约在120米左右；钻井船是在船中央设有井孔和井架,它靠锚泊系统或动力定位装置定位于井位上。它漂浮于水面作业,能适应更大的水深,同时它的移动性能最好,便于自航。但由于它在波浪上的运动响应大,稍有风浪就会引起很大的运动,使钻井作业无法再进行下去,风浪更大时船还得离开井位,这是钻井船得不到大发展的主要原因；半潜式平台是由坐底式平台演变而来的,它上有平台甲板,在水面以上不受波浪侵袭,下有浮体,沉于水面以下以减小波浪的扰动力,连接于其间的是小水线面的立柱。由于半潜式平台具有小的水线面面积,使整个平台在波浪中的运动响应较小,因而它具有出色的深海钻井的工作性能。半潜式平台可用锚泊定位和动力定位,锚泊定位的半潜式平台一般适用于200~500米水深的海域。
海洋平台结构设计与模型制作计算书
海洋平台结构设计与模型制作 理论方案 浙江大学结构设计竞赛组委会 二○一二年
第一部分：方案设计摘要 根据学长“简单、粗犷”的原理，在实践中抛 弃了很多复杂、沉重的构件，最终展现在我们面前 的是一个四棱台与四棱柱结合的简单作品。 自下而上的构件分别为： 底部为深入沙中的底柱，长为10cm。通过一次 实验，为利于柱子插入细沙中而将柱子削尖。 联结底柱的是四棱台，高42cm、底边长45cm、 顶边长28cm。为抵抗风荷载的力矩而增大重力的力 臂，在保证质量较轻的条件下增大底部长度。初时 对竖向荷载过分估计以致四周承重柱以及斜撑杆过 重，但稳重的底部在加载过程汇中也有可取之处。 之所以将高度定为28cm，是因为伊始准备在四棱台 中间安置塑料片筒体。但在实际操作中我们放弃了 这个设想。 联结四棱台的是被斜杆分成三部分的四棱柱。 借鉴了别人的轻质理念，一改底座的笨重，上部桁 架的布置简明，但纤细的杆件也使整体遭受了风荷 载的极大挑战。在实验加载中发现荷载箱稍小，因 此改进顶部边长、露出四个小柱。本欲在与水面相 切处设置420*420的塑料片则可以利用水的吸附 力，可惜塑料片质量稍重、效果也不太明显。改进 后，四棱台留在空中的部分受风荷载较大，布置了 较密的桁架。 在构件联结处，我们尽力增大构件的接触面积，同时也做了些小木段与木片作为加固。 总结来看，在最初的设计思考中我们还是有一些新的想法,比如筒体，比如利用水的吸附力，但在实践制作过程中我们缺乏对可操作性的理性认识；同时我们过分估计竖向荷载以致质量过重，轻视水平风荷载而在试验中多次面临剧烈的扭转。最终我们的结构形式归于简单，但过程并不平淡。在否定与自我否定中，我们已有收获。
海洋平台结构课程设计
中国海洋大学本科生课程大纲 一、课程介绍 1.课程描述： 海洋平台结构课程设计是针对船舶与海洋工程专业本科生开设的工作技术教育层面必修课。本课程通过实践环节，完成具体典型导管架平台的总体设计思路训练，包括海洋环境计算及工程简化、桩基础承载能力计算、导管架结构整体强度及刚度分析，设计计算书撰写和工程图纸表达。通过本课程的实践，使学生能够综合运用海洋平台结构及相关专业课程学习的基础理论和方法，系统完成结构分析计算，提高设计分析和工程表达能力。 2.设计思路： 本课程以海洋平台结构设计的基本过程为主线，结合先修课程中学到的环境荷载计算、桩基承载力验算、结构整体强度分析、CAD制图等基础知识，使学生将掌握的海洋平台结构设计理论知识应用到实际设计和验算中，通过实际设计检验学生对于基础知识的把握，加深学生对理论知识的理解。课程内容包括三个模块：目标平台调研、相关数据计算与分析、计算书编写及工程表达。 - 1 -
（1）目标平台调研： 该模块需要学生熟悉海洋平台设计的一般步骤，对目标平台进行参数和各项性能指标的调研，确定课程设计的各项数据标准。 （2）相关数据计算与分析： 根据已确定的主尺度，对结构在选定工况下的其他参数进行计算，主要分为：海洋环境荷载计算、基础承载力计算、结构整体强度分析。其中，海洋环境荷载计算为在选定海域环境条件下，对风、波浪、海流、冰荷载的计算，并且针对选定工况进行分析；基础承载力计算要求学生掌握桩基轴向承载力验算方法；结构整体强度分析主要包括设计目标平台在外荷载作用下的应力校核及位移校核方法。 （3）计算书编写及工程表达： 本模块中，学生需要学习并完成计算书的编写，掌握目标平台设计资料编写，并且通过专业分析软件完成平台的响应输出分析。最终上交课程设计纸质报告。 3. 课程与其他课程的关系 先修课程：海洋平台结构、钢结构设计基本原理。本门设计课程与先修课程密切相关，只有掌握了先修课程中的理论知识和设计方法，才能够在海洋平台结构设计中加以综合应用，设计出符合规范标准的结构。 二、课程目标 本课程的目标是培养学生从事海洋工程结构设计的基本技能，使学生对海洋工程设计中的标准和规范加以熟悉，对海洋平台结构以及其他先修课程中的理论知识进行综合运用。到课程结束时，学生应能： （1）熟练应用海洋平台结构设计中的相关规范和标准； （2）完成具体目标海洋平台的总体设计以及输出响应特点分析及校核； - 1 -
钢结构设计原理复习
钢结构设计原理复习 第一章绪论 1、钢结构的特点（前5为优点，后三为缺点） 1）强度高、重量轻 2）材质均匀，塑性、韧性好 3）良好的加工性能和焊接性能（易于工厂化生产，施工周期短，效率高、质量好） 4）密封性能好 5 )可重复性使用性 6 ) 耐热性较好，耐火性差 7)耐腐蚀性差 8)低温冷脆倾向 2、钢结构的应用 1）大跨结构【钢材强度高、结构重量轻】（体育馆、会展、机场、厂房） 2）工业厂房【具有耐热性】 3）受动力荷载影响的结构【钢材具有良好的韧性】 4）多层与高层建筑【钢结构的综合效益指标优良】（宾馆、办公楼、住宅等） 3、结构的可靠度：结构在规定的时间（50年），规定的条件（正常设计、正常施工、正常使用、正常维护）下，完成预定功能的概率。 4、结构的极限状态：承载能力极限状态（计算时使用荷载设计值）、正常使用极限状态（荷载取标准值） 5、涉与标准值转化为设计值的分项系数：恒荷载取1.2 活荷载取1.4第二章钢结构的材料
1、钢材的加工 ①热加工：指将钢坯加热至塑性状态，依靠外力改变其形状，生产出各 种厚度的钢板和型钢。（热加工的开轧和锻压温度控制在1150-1300℃ ） ②冷加工：指在常温下对钢材进行加工。（冷作硬化现象：钢材经冷加 工后，会产生局部或整体硬化，即在局部或整体上提高了钢材的强度和硬度，降低了塑性和韧性的现象） ③热处理：指通过加热、保温、冷却的操作方法，使钢材的组织结构发 生变化，以获得所需性能的加工工艺。（退火、正火、淬火和回火）2、钢材的两种破坏形式： 3、钢材的六大机械性能指标 屈服点：它是衡量钢材的承载能力和确定钢材强度设计值的重要指标。
巨型海洋平台的设计及优化设计
1前言 随着中国经济的发展 ,特别是作为支柱产业的石油化工和汽车工业的快速发展 ,石油和天然气供应不足的矛盾日益突出。石油天然气资源是发展石油工业的前提条件和基础 ,探明储量是制定石油工业长期发展规划和建设项目的依据 ,剩余可采储量的多少决定了石油工业发展潜力所在。目前我国陆上石油后备资源严重不足 ,原油产量增长缓慢。由于长期的强化开采 ,大多数主力油田在基本稳定基础上陆续进入产量递减阶段 ,开采条件恶化 ,开发难度增大。鉴于陆上资源的日渐枯竭 ,资源开发向海洋、尤其是深海进军已成必然趋势。因此，如何控制海上石油平台的震动，保护平台的安全可靠成为一个亟待解决的问题。 1.1海洋平台简介 在陆地上钻井时，钻机等都安装在地面上的底座上；在海上钻井时，不可能将钻井设备安放在海里，因此就需要一个安放钻井设备等的场所，这个场所就是海洋钻井平台。海上钻井平台分类[2]如下： 按运移性分为：固定式钻井平台，移动式钻井平台。移动式钻井平台又分为坐底式钻井平台、自升式钻井平台、半潜式钻井平台、浮式钻井平台。 按钻井方式分为：浮动式钻井平台和稳定式钻井平台。浮动式钻井平台分又为，半潜式钻井平台、浮式钻井船和张力腿式平台；稳定式钻井平台又分为，固定式钻井平台、自升式钻井平台和坐底式钻井平台。 固定式海洋平台是从海底架起的一个高出水面的构筑物，上面铺设甲板作为平台，用以放置钻井机械设备，提供钻井作业场所及工作人员生活场所。 海洋平台的安装包括：导管架的安装和工作平台的安装。其中导管架的安装方法有：提升法、滑入法和浮运法。工作平台的安装方法有：吊装和浮装。 海洋平台的组成部分有：导管架和桩基、栈桥、上部模块、生活楼直升机甲板和火炬臂。
模型试验技术在海上浮式风电开发中的应用-2011-6页
图2BlueH-5MW 概念 Fig.2BlueH-5MW concept 图1BlueH -80kW 小样机Fig.1 BlueH -80kW prototype 收稿日期：2011-03-04；修回日期：2011-06-13 基金项目：国家自然科学基金资助项目（（50979020）；“111”计划资助项目（B07019） 作者简介：赵静（1983—），女，吉林长春人，博士，从事海上风力机基础设计与载荷预报及海上风能开发与利用技术研究。 E -mail ：zhaojing20062007@https://www.360docs.net/doc/dc16527938.html, 在水深大于50m 的深水区域安装海上风电机组，固定式桩基础或导管架式基础的成本很高。而使用浮式结构作为海上风力机的基础平台，平台再用锚泊系统锚定于海床，其成本较低，且容易运输，因此开展海上浮式风电场建设的基础理论和试验技术的研究，为我国在更广阔的海域建设更大型风电场，实现节能减排的目标，具有重要的理论价值和长远的战略意义。 1海上浮式风电机组 目前，国际上对于海上浮式风电机组（FOWT ） 的研究基本处于基础理论和实验研究阶段，真正投入建设并运行的只有2个样机，即英国的Blue H 风电机组［1］和挪威的Hywind 风电机组［2］。 1.1BlueH 风电机组 英国Blue H 公司于2008年夏研制出世界上首
第44卷 中国电力新能源 图4Hywind-5MW 模型试验 Fig.4Hywind-5MW experiment 1.2Hywind 风电机组 2009年春，挪威国家石油公司建成全尺度样机 Hywind （见图3）安装于水深200m 、离岸10km 处的 挪威西南部海域。该风力机为2.3MW 叶片风力机，带有压载物的Spar 浮体和3根固定于海底的强力锚链线，吃水100m ，适用水深为200~700m 。2006年，Hywind 概念就已经发展到5MW ，并据此进行了详细的数值模拟和模型试验研究（见图4）。 2海上浮式风电机组的概念形式 早在20世纪90年初期，各国学者就开展了海 上浮式风电机组的研究，提出了各种概念形式［3］。除上面提到的2个样机外，比较著名的海上浮式风力机概念还有：荷兰提出的框架式结构Tri-floater ［4］ （见图5a ））；挪威提出的半潜式结构WindSea ［1］（见 图5b ））；TLP 与Spar 组合结构Sway ［5］ （见图5c ））； 美国提出的半潜式和垂荡板组合结构Minifloat ［6］ （见图5d ））；Windfloat ［1,7］ （见图5e ））以及TLP 与 Spar 组合的mini TLP 式［8］（见图5f ））。 这些概念大多来源于海洋平台的结构形式或者经过改造后的再创造。单独考虑下部浮体的性能时，可参考海洋工程的实际经验（见表1）。但是海上浮 ［9］，主要表现为：结构相 图3Hywind-2.3MW 概念 Fig.3Hywind-2.3MW concept 图5 海上浮式风力机概念 Fig.5FOWT concept 表1 海上浮式风电机组的基础结构性能对比 Tab.1Performances of FOWT foundation structures
海洋平台设计原理
1)海洋平台按运动方式分为哪几类？列举各类型平台的代表平台？ 固定式平台：重力式平台、导管架平台（桩基式）； 活动式平台：着底式平台（坐底式平台、自升式平台）、漂浮式平台（半潜式平台、钻井船、FPSO）； 半固定式平台：牵索塔式平台（Spar）：张力腿式平台（TLP） 2)海洋平台有哪几种类型？各有哪些优缺点？ 固定式平台。优点：整体稳定性好，刚度较大，受季节和气候的影响较小，抗风 暴的能力强。缺点：机动性能差，较难移位重复使用 活动式平台。优点：机动性能好。缺点：整体稳定性较差，对地基及环境条件有要求 半固定式平台。优点：适应水深大，优势明显。缺点：较多技术问题有待解决 3)导管架的设计参数有哪些？（P47） 1、平台使用参数； 2、施工参数； 3、环境参数：a、工作环境参数：是指平台在施工和使用期间经常出现的环境参数，以保证平台能正常施工和生产作业为标准；b、极端环境参数：指平台在使用年限内，极少出现的恶劣环境参数，以保证平台能正常施工和生产作业为标准 4、海底地质参数 4)导管架平台的主要轮廓尺寸有哪些？（P54） 1、上部结构轮廓尺度确定：a、甲板面积；b、甲板高程 2、支承结构轮廓尺度确定：a、导管架的顶高程；b、导管架的底高程；c、导管架的层间高程；d、导管架腿柱的倾斜度（海上导管架四角腿柱采用的典型斜度1：8）；e、水面附近的构件尺度；f、桩尖支承高程 5)桩基是如何分类的？ 主桩式：所有的桩均由主腿内打出； 群桩式：在导管架底部四周均布桩柱或在其四角主腿下方设桩柱 6)受压桩的轴向承载力计算方法有哪些？（P93） 1、现场试桩法：数据可靠，费用高，深水实施困难； 2、静力公式法：半经验方法，试验资料+经验公式，考虑桩和土塞 重及浮力，简单实用； 3、动力公式法：能量守恒原理和牛顿撞击定理，不能单独使用； 4、地区性的半经验公式法：地基状况差别，经验总结。 7)简述海洋平台管节点的设计要求？（P207） 1、管节点的设计应降低对延展性的约束，避免焊缝立体交叉和焊缝过度集中，焊缝的布置应尽可能对称于构件中心轴线； 2、设计中应尽量减少由于焊缝和邻近母材冷却收缩而产生的应力。在高约束的节点中，由于厚度方向的收缩变形可能引起的层状撕裂 3、一般尽量不采用加筋板来加强管节点，若用内部加强环，则应避免应力集中 4、一般受拉和受压构件的端部连接应达到设计荷载所要求的强度。
《海洋平台设计原理》课程复习要点
桩基分类:施工方法:打入桩基础/钻孔灌注…/钟型…承载性状:摩擦型桩/端承型桩. 受压桩的轴向承载力计算方法:静力法(以土壤力学实验和桩的载荷实验取得的数据位依据,把桩的特性/土壤的相对密度和被扰动土的抗剪强度等指标联系起来,再把试验数据用于这些指标/即可对受压桩的周向承载力进行估算)动力法(包括动力打桩公式、波动方程和动力试验方法)静载试桩法(基本又可靠的方法.在工程现场直接对桩加载,测试土对桩的阻力,准确) 横荷作用下单桩破坏性状:桩身由于载荷产生的弯矩过大而断裂;桩周土被挤出,导致桩整体转动,倾倒或桩顶位移过大.刚性桩破坏(桩短/桩顶自由,桩的相对刚度很大,破坏时桩身不会产生绕曲变形,而是绕靠近桩端的一点做刚体转动;桩很短/桩顶嵌固,桩与承台呈刚性平移)半刚桩破坏(半刚性桩或中长桩指在横向载荷作用下,桩身挠曲变形,但桩身位移曲线只出现一个位移零点;中长桩桩顶嵌固时,桩顶将出现较大反响固定弯矩,桩身弯矩减小并向下部转移,桩顶水平位移比桩顶自由情况下减小)柔性桩破坏(桩的长度足够大且桩顶自由时,横向载荷作用下,桩身位移曲线出现2个以上位移零点和弯矩零点,且位移和弯矩随桩身衰减很快.). 群桩效应:当组成群桩的各个单桩间距较小时(8倍),由于相邻桩的相互作用,一般群桩的承载能力和变形特性要受到影响,这个影响通常成为群桩效应.沉降变大.影响群桩变形和各单桩荷载分配的主要因素：贯入深度与桩径比/桩的相对刚度/群桩布置. 自升式平台的重量分类:空载重量(钢料重量/动力装置重量/固定设备重量)可变载荷(压载水/有效可变载荷(可移动设备重量/消耗品重量/钻台载荷及其他载荷)). 拖航:平台重量=满载排水量=空载+可变载荷.升降:举升能力=空载+可变载荷.钻井:满载钻井重量=空载+可变载荷(包含钻井载荷)自存:风暴状况平台重量=空载+可变载荷(放弃部分载荷) 移航—就位—放桩—预压—升起主体—作业—降下主体—拔桩—提桩—固桩后移航 获得自升式平台主要方式:直接从国外购买引进/购买平台图纸国内建造/自主设计建造 自结构组成:船体升降机构桩腿桩靴专业设备生活模块直升机平台吊机……湿拖+干拖 自升式平台的强度分析至少考虑工况:正常作业工况/迁移../升降..和自存.. 桩腿长度:桩腿设计入水深度,最大工作水深,静水面以上波峰高度,峰隙高度,船体型深,升降室高,余量. 半台设况:1.满载半潜/静水状态,无向上加速度运动;2.满载半潜/静水状态,有向上加速度运动;3.满载半潜/静水状态,有向上加速度运动/大钩有负荷;4.满载半潜/风暴横浪/波峰居中;5.满载半潜/风暴横浪/波谷居中;6.满载拖航/斜浪状态;7.满载半潜/风暴横浪/波谷位于迎浪的前排立柱处/水平横撑破坏;8.满载半潜/风暴横浪/波峰位于迎浪的前排立柱处/水平横撑破坏.关键技术:高效钻井作业系统/升沉补偿系统/定位系统/水下设备/平台设备集成控制. 平台特点:由立柱提供工作所需的稳性;水线面小,固有周期大,不大可能和波谱的主要成分波发生共振,运动响应小;浮体位于水面以下的深处,波浪作用力小.当波长和平台长度处于某些比值时,立柱和浮体上的波浪作用力能互相抵消,平台上的作用力很小,理论上甚至可以等于零.优点:具有极强的抗风浪能力/优良的运动性能/巨大的甲板面积和装载容量/高效的作业效率/易于改造并具备钻井/修井/生产等多种工作功能,无需海上安装,全球全天候的工作能力和自存能力等优点.设计要点:立柱上不设置舷窗或窗;立柱应与上壳体舱壁对齐且连结成整体;立柱应尽可能通过下壳体甲板;立柱/下壳体或柱靴可设计成有骨架支撑的壳体或无骨架支撑的壳体.
海洋平台-30题答案
红字的为待完善或不确定的 1.海洋平台按运动方式分为哪几类？列举各类型平台的代表？ 固定式平台导管架平台 活动式平台 着底式平台（坐底式平台、自升式平台） 漂浮式平台（半潜式平台、钻井船）。 半固定式平台牵索塔式平台（Spar）：张力腿式平台（TLP）： 2.海洋平台有哪些类型？各有哪些优缺点？ 固定式平台 优点：整体稳定性好，刚度较大，受季节和气候的影响较小，抗风暴的能力强缺点：机动性能差, 较难移位重复使用 活动式平台 优点：机动性能好 缺点：整体稳定性较差，对地基及环境条件有要求 半固定式平台 优点：适应水深大，优势明显 缺点：较多技术问题有待解决 3.设计半潜式平台的关键技术有哪些？ 总体设计技术、系统集成技术、钻井系统集成与钻井设备技术、平台定位技术、结构强度与疲劳寿命分析技术、平台制造技术等。（深水半潜式） 4.设计SPAR平台的关键技术有哪些？ 目前对Spar平台的研究主要集中在平台动力响应、系泊系统、疲劳分析、垂荡板和侧板的设计研究以及平台主体与系泊系统、平台构件之间的相互作用的耦合分析,同时,浮力罐与支架间的碰撞问题近年来也成为研究的热点问题之一 5.海洋平台的设计载荷分为哪三类？各类载荷的定义？ 使用荷载：平台安装后，在整个使用期间，平台受到的除环境荷载以外的各种荷载。 环境荷载：由海洋的风、波浪、海流、海冰和地震等水文和气象要素在海洋平台上引起的荷载。 施工荷载：平台在施工期间所受到的荷载，是发生在建造、装船、运输、下水、安装等阶段的暂时性荷载。 6.在导管架平台建造过程中常见的施工措施有哪些？ 吊装力：平台预制和安装过程中对平台组件的起吊力。 装船力：直接吊装&滑移装船，强度&稳性校核。 运输力：驳船装运&浮运，支撑力&拖航力。 下水力和扶正力：导管架平台安装。 安装期地基反力：地基的支撑力。
海洋平台设计原理大作业
SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 《海洋平台设计原理》 课程大作业 姓名：王志强 学号：5130109174 专业：船舶与海洋工程
1.引言 (2) 2. 波浪理论 (2) 2.1 波浪理论概述 (2) 2.2 微幅波理论 (2) 2.3 Stokes波浪理论 (3) 2.4 波浪力及波浪力矩 (4) 2.5 水流力 (5) 3. 牛顿迭代法求解非线性方程组 (5) 4. MATLAB计算实例 (6) 4.1 程序流程 (6) 4.2 海况等参数 (6) 4.3 计算结果 (6) 5. 总结 (8) 6.附录：MATLAB源代码 (8)
海洋覆盖着地球 3/4 的面积，海底蕴藏着丰富的油气资源，海洋已成为21 世纪人类最重要的能源基础之一。1947 年在美国建成了世界上第一座钢结构平台，50 多年以来海底油气的开发和利用越来越受到各国重视。而开发海底油气资源，首先必须设计海洋结构物。波浪荷载是海洋结构物的主要控制荷载之一，要设计安全可靠的海洋结构物，就必须考虑波浪作用的影响。 目前人们对波浪与海洋结构物相互作用的研究主要通过三种手段进行： 其一是通过现场观测研究； 其二是用流体力学或数理统计或能量平衡方法，在某种假设基础上，把自然界的波浪归结为某一模式，用数学分析的方法进行研究； 其三是模拟实验的方法。 随着电子计算机的发展和普及，波浪的数值模拟得到了迅速的发展，它弥补了实验室模拟的不足，而且易于实现、成本低廉，同时也弥补了纯数学演算的抽象和失真。以数值模拟的波浪数据作为输入可计算海上和海岸建筑物或船体等的响应，又由于数值模拟的可控性更强，可通过输入得到海上和海岸建筑物等长期（甚至数百年）响应的某些重要特征，如最大响应和某些临界值等。 20 世纪 80 年代以来，波浪的数值模拟与物理模拟相结合，即计算机控制下的物理模拟，已成为波浪研究的更有力的手段。 随着社会经济的增长，人类对海洋的认识不断提高，利用海洋资源的能力不断增强，对海洋空间的探索也不断扩大。越来越多的领域需要对波浪进行模拟。特别在海洋工程领域，波浪的模拟已成为研究波浪特性、波浪作用的一个重要手段，因此在“海洋平台设计原理”这门课程中我也尝试采用莫里森公式计算多桩腿的波浪和水流作用力力矩。 2. 波浪理论 2.1 波浪理论概述 在海洋工程设计中，常采用的波浪理论有如下三种： (1) 微幅波理论； (2) Stokes波浪理论（二阶近似、三阶近似、五阶近似）； (3) 流函数理论。 对于微幅波理论和Stokes 波浪理论，要计算水质点的速度和加速度，须首先知道波长，而波长需通过求解波长方程获得。微幅波理论和Stokes二阶波浪理论波长方程相同，均是一元非线性方程。三阶和五阶Stokes 波浪理论的波长方程均由色散关系式和附加方程组成，它们都是二元非线性方程组，由于该二元方程组表达式过于复杂，需要进行数值分析求解。流函数理论直接假设了波面方程和水质点速度的形式，其波剖面参数和速度参数需通过优化方法获得。 在这里我们主要介绍微幅波理论和Stokes波浪理论（五阶）。 2.2 微幅波理论 微幅波理论（ Airy 理论）是应用势函数来研究波浪运动的一种线性波浪理论，是波浪理论中最基本、最重要的内容，也是海洋工程中应用的最为广泛的波浪理论。微幅波理论的波面方程、速度势函数和色散关系式如下： 波面方程： η=H 2 cos(kx?ωt)
振动平台系列设计试验
机械振动平台 设计性实验讲义（草） 编写：封玲 物理教学实验中心 2011.3.
机械振动平台系列设计实验 振动是声学、地震学、建筑力学、机械原理、造船等所必需的基础知识，也是光学、电学、交流电工学、无线电技术以及原子物理学所不可缺少的基础，这是因为除机械振动外，自然界中还存在很多类似于机械振动的现象。在不同的振动现象中最基本最简单的振动是简谐振动,一切复杂的振动都可以分解为一系列不同频率的简谐振动组合而成，这样的分解在数学上的依据是傅立叶级数或傅立叶积分的理论。让我们从研究最基础的简谐振动开始进行振动的研究吧。 平台仪器 转动传感器（CI-6538）：它的核心是一个光学编码器，每转（360°）最多可采集1440个数据点。通过数据采集与处理软件可以设置每转采集数据点的个数，有360个数据点和1440个数据点（即分辨率为1°或360°）两种设置，旋转的方向同样可被感知。转动传感器最常用于测量物体的转动角度与转动位置。 光电门（ME-94F98A ）：光电门也称为光电开关，利用狭窄的红外光束和快速的下降时间为计时提供精确的信号。当光门的光被挡住时，与光门相连的数字通道为0电压状态；光门透光时，与光门相连的数字通道为5V 电压状态。光门传感器相当于一个数字毫秒计，它通过测量固定挡光宽度（S ）和挡光时间(t)，从而可以得到该物体经过光门时的运动速度 (t S v / )。 机械振荡驱动器（ME-8750）：用于驱动低频（0.3-3 Hz ）、高转矩、正弦振荡设备，它由DC 电机、位移驱动臂、装配支架组成。驱动臂通过拉动细线，带动振荡设备进行正弦振荡。 功率放大器 II （CI-6552A ）：是PASCO 计算机接口的附件。它放大从电脑输出的信 号，可以作为一个可控的DC 电源或AC 函数发生器。在DA TA STUDIO 软件控制下，可以生成正弦波sine 、方波square 、三角波triangle 和锯齿波sawtooth 。这意味着电脑现在可被用作DC 或AC 信号发生器给外电路供电。 直流电源（GPS —1850D ）：18V/5A 。 受迫振动组合仪：该仪器是上述各仪器散件的组装，专用以测量研究受迫振动和受迫阻尼振动的运动规律。组装仪器主要包括：转动传感器（CI-6538）2个、金属圆盘1个、阻尼磁铁1个、弹簧2个、机械振荡驱动器（ME-8750）1个、A 型大支架1个等。
海洋平台优化设计的研究进展
《海洋与环境》课程论文 海洋平台优化设计的研究进展 课程海洋与环境 学生姓名 学号 所在学院 所在班级 任课教师 提交时间
海洋平台优化设计的研究进展 国内外海洋平台的静力优化设计研究相对较多。目前海上结构的设计规范大多采用的是工作应力 ( WSD) 方法。L RF D( 荷载抗力分项系数设计)方法结合WSD方法和可靠性理论的优点, 既考虑了抗力与各种荷载的随机性又继承了WS D 设计方法。Ma nuel 等在传统设计( WSD/ LR FD) 方法的基础上充分运用了可靠性技术, 对受波浪荷载的海洋平台进行设计。胡云昌等对渤海北部结冰海域海洋平台的LRFD设计表达式的系数进行标定并优化,大大提高了材料的利用率。基于LRF D法海洋平台优化设计简便实用, 但必须根据不同的海域特点进行相关参数的标定。海洋平台优化设计的约束不仅需考虑到结构自身的强度, 刚度和稳定性约束, 还需考虑桩基承载力约束 ( 桩- 土相互作用) 等, 而桩与地基的作用很大程度上主导了结构抗力的不确定性和敏感性。封盛等研究了如何处理应力约束、桩基横向承载力约束和构件长细比约束, 即取构件截面最大Mise s应力, 桩顶侧位移或最大抗力比和受压构件长细比; 基于此对海洋平台优化设计, 减少了约束条件数目, 提高优化模型的求解效率。海洋平台结构优化设计研究主要集中在尺寸优化, 国内外不少学者充分地利用各种优化技术和先进的分析软件对海洋平台结构进行优化设计。鲍国斌等提出张力腿平台的尺寸优化模型, 并以平台造价为目标函数, 考虑尺寸约束, 运动约束和强度约束, 用约束变尺度法进行了优化设计, 为张力腿平台的概念设计提供了一种有效的工具。杨树耕等在建立桶
海洋平台的设计及建造施工
第四章海洋平台的设计及建造施工 第一节平台结构设计的一般步骤 海洋平台的结构设计首先是根据平台作业海域的环境条件、海底土壤特性、平台的使用要求、安全性、营运性能、建造工艺和维护费用以及业主的期望等选择平台的结构型式方案。由于平台长期固定或系泊于特定的海域中作业，它不像一般船舶那样，遇到大风浪可以避航，因此，在结构设计中正确的确定海洋环境条件显得非常重要。海洋环境条件一般包括海域的水深、风暴、波浪、海流、潮汐、海底冲刷和滑移、冰情和地震等。这些海洋环境因素对平台的安全和作业效率有极大的影响。 为了设计出满足各项设计条件，同时经济性能优良的平台结构，往往需要选择多种方案进行分析比较，最后选定最佳的方案。因此平台结构设计实际上是一个逐步逼近或试探的过程，例如挪威阿柯（AKER）集团设计的“阿柯—H3”号半潜式平台就选择了A至H的8中方案进行分析、筛选，最后选定了H方案中的第3种修改方案，平台也因而取名为“阿柯—H3”。 一般初步选定一种结构型式，确定平台主要尺寸，具体进行总体布置后，如果是移动式平台则需要进行运动性能和稳性的分析，倘若不满足设计任务要求和有关范围的规定，那么这种结构型式就要被淘汰。 为了进行结构安全性校核，需要进行外载荷计算、强力构件尺寸的初步确定和构件材料的选取等工作，最后进行结构的总体强度分析。外载荷计算包括确定平台的浮力、结构重量、平台的甲板载荷，由风、浪、流、冰、地震引起的环境载荷等，这些载荷直接影响着构件的布置、连接和尺寸的大小，是决定结构设计优劣的重要因素。对于固定式平台，还需进行桩基计算以及桩—土—结构相互作用的分析。平台的所有强力构件都必须符合规范的强度标准，否则应修改构件的尺寸和材料品种，直到满足要求为止。 在结构强度尺寸确定后应对在总体布置时估算的结构重量进行校核，看其与实际的是否一致，若相差较大还需要进行调整。 结构设计的最后一个阶段是局部节点结构设计，平台节点是重要的结构部位，它的强度和施工工艺往往直接影响平台总体结构的寿命。图4—1为平台结构设计的一般流程。
海洋平台基础知识
海洋平台基础知识系列 ０． 海洋工程是什么？（名词解释） Ｏｃｅａｎ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ 海洋工程，从地理的角度来说，可分为海岸工程、近岸工程（又称离岸工程）和深海工程三大类。一般来说，位于波浪破碎带一线的工程，为海岸工程；位于大陆架范围内的工程，为近岸工程；位于大陆架以外的工程，为深海工程，但是在通常情况下，这三者之间又有所重叠。从结构角度来说，海洋工程又可分为固定式建筑物和系留式设施两大类。固定式建筑物是用桩或者是靠自身重量固定在海底，或是直接坐落在海底；系留式设施是用锚和索链将浮式结构系留在海面上。它们有的露出水面，有的半露在水中，有的置于海底，还有一种水面移动式结构装置或是大型平台，可以随着作业的需要在海面上自由移动。 海洋工程是指以开发、利用、保护、恢复海洋资源为目的，并且工程主体位于海岸线向海一侧的新建、改建、扩建工程。具体包括：围填海、海上堤坝工程，人工岛、海上和海底物资储藏设施、跨海桥梁、海底隧道工程，海底管道、海底电（光）缆工程，海洋矿产资源勘探开发及其附属工程，海上潮汐电站、波浪电站、温差电站等海洋能源开发利用工程，大型海水养殖场、人工鱼礁工程，盐田、海水淡化等海水综合利用工程，海上娱乐及运动、景观开发工程，以及国家海洋主管部门会同国务院环境保护主管部门规定的其他海洋工程。 １： 海洋平台的类型： 海洋平台：（１）移动式平台： 坐底式平台 自升式平台 钻井船 半潜式平台 张力腿式平台 牵索塔式平台 （２）固定式平台：导管架式平台 重力式平台固定平台又可以分为桩式海上固定平台、重力式海上固定平台、自升式海上固定平台 导管架型平台：在软土地基上应用较多的一种桩基平台。由上部结构（即平台甲板）和基础结构组成。上部结构一般由上下层平台甲板和层间桁架或立柱构成。甲板上布置成套钻采装置及辅助工具、动力装置、泥浆循环净化设备、人员的工作、生活设施和直升飞机升降台等。平台甲板的尺寸由使用工艺确定。基础结构（即下部结构）包括导管架和桩。桩支承全部荷载并固定平台位置。桩数、长度和桩径由海底地质条件及荷载决定。导管架立柱的直径取决于桩径，其水平支撑的层数根据立柱长细比的要求而定。在冰块飘流的海区，应尽量在水线区域（潮差段）减少或不设支撑，以免冰块堆积。对深海平台，还需进行结构动力分析。结构应有足够的刚度以防止严重振动，保证安全操作。并应考虑防腐蚀及防海生物附着等问题。导管架焊接管结点的设计是一个重要问题，有些平台的失事，常由于管结点的破坏而引起。管结点是一个空间结点，应力分布复杂；近年应用谱分析技术分析管结点的应力，取得较好的结果。 混凝土重力式平台的底部通常是一个巨大的混凝土基础（沉箱），用三个或四个空心的混凝土立柱支撑着甲板结构，在平台底部的巨大基础中被分隔为许多圆筒型的贮油舱和压载舱，这种平台的重量可达数十万吨，正是依靠自身的巨大重量，平台直接置于海底。现在已有大约２０座混凝土重力式平台用于北海 钻井船是浮船式钻井平台，它通常是在机动船或驳船上布置钻井设备。平台是靠锚泊或动力定位系统定位。按其推进能力，分为自航式、非自航式；按船型分，有端部钻井、舷侧钻井、船中钻井和双体船钻井；按定位分，有一般锚泊式、中央转盘锚泊式和动力定位式。浮船式钻井装置船身浮于海面，易受波浪影口向，但是它可以用现有的船只进行改装，因而能以最快的速度投入使用。适用于深海钻井的主要是两种浮式钻