海洋平臺的案例
ANSYS AQWA計算案例 | 海洋平臺波浪載荷的計算和傳遞
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前言
海洋平臺由于長期固定在某海域作業，在遇到惡劣海況時不能規避，因而在結構設計階段必須要考慮其在生命期內可能要遭遇的極限海況。波浪載荷是半潛平臺所遭遇的環境載荷的主要部分，對船體的總強度校核起決定性的作用。因此在極限海況下對半潛平臺的波浪載荷特性進行分析以及對其運動響應進行預報是平臺設計的基礎，也是平臺設計的關鍵。各大船級社規范對此也有要求。
ANSYS系列產品主要專注于工程結構的CAE仿真分析，通過仿真模擬來掌握海洋平臺等工程結構的安全性、可靠性。采用ANSYS仿真，可以在設計階段就把設計風險降低，并充分掌握海洋平臺在各種惡劣載荷條件下的響應和工作狀態。
2
分析方法
波浪運動是一個隨機過程，而通常結構物強度計算校核需要得到確定的結果，所以需要采取一定的分析方法對波浪載荷進行處理。目前規范中的使用方法主要是設計波方法。設計波通常是簡化的規則波，可以采用水動力軟件直接計算波浪對平臺的載荷。
波浪載荷的傳遞，并不僅僅是載荷的施加，還需要考慮水動力結構的網格模型和強度校核模塊的網格模型的差異，包括單元類型的差異、單元位置和形狀的差異。在載荷傳遞的過程中，需要考慮網格的匹配。
3
波浪載荷計算與傳遞
一般來說，海洋平臺在海面上受到的與波浪相關的載荷包括靜水壓力、動水壓力和運動產生的慣性載荷。其中，靜水壓力可以在ANSYS Mechanical中直接施加，但是動水壓力和運動的慣性載荷需要采用水動力軟件計算。采用ANSYS AQWQ可以方便的計算出波浪的動水壓力以及海洋平臺運動產生的慣性載荷。
展開 自升式海洋平臺拖航阻力計算分析
摘 要：
在海洋平臺拖航過程中，提前準確計算平臺拖航阻力，選配動力合適的主拖輪，對拖航安全有著十分重要的意義.調研了各主流船級社拖航阻力的計算公式或推薦方法，以勝利石油工程公司典型自升式海洋平臺為研究對象，進行了CFD/AQWA有限元數模計算，根據結果的對比分析，優選了適合國內海域平臺拖航阻力的計算模型，并提出了適合的拖船選用安全系數.
關鍵詞：拖航阻力;計算模型;有限元;海洋平臺;
海上自升式平臺沒有自航能力，一般采用拖輪進行拖帶作業.拖航前需計算平臺拖航阻力，選擇系柱拖力相當的拖輪；如果拖航阻力計算不準確，拖輪拖帶能力不足，遇到惡劣海況時無法制衡平臺，可能出現平臺失控的情況.關于拖航阻力計算，目前國內一般采用中國船級社(CCS)《海上拖航指南(2011)》“附錄2 海上拖航阻力估算方法”,但該計算模型僅考慮了摩擦阻力、剩余阻力和空氣阻力(風阻力),沒有考慮波浪阻力的影響.在拖航實踐過程中，當遭遇惡劣氣象時，拖輪零拖帶航速的實測拖力與計算阻力有一定差距，該差值甚至超過了拖力儲備值，加大了平臺失控的風險.為解決目前拖航阻力計算方面存在的一些問題，消除拖力不足帶來的平臺失控風險，勝利石油工程公司在充分調研和了解國內外相關研究的基礎上，對平臺拖航阻力計算開展了專題研究.
1 國內外規范算法介紹
平臺拖航距離遠、時間長、救援能力弱，需要充分考慮遭遇突發惡劣氣象的影響，因此應計算極端氣象海況條件下的拖航阻力，并匹配具備相應拖帶能力的主拖輪，確保拖航過程安全.在國內外不同海上組織的標準中，均有對計算拖航阻力環境條件的要求，具體見表1[1].其中，CCS為中國船級社，DNV為挪威船級社， IMO為國際海事組織， GL為德國船級社，ABS為美國船級社.
展開 用SACS 海洋平臺結構分析軟件
Engineering Dynamics, Inc 開發的 SACS軟件系統，是用于海洋平臺以及一般陸地結構工程設計的結構有限元分析軟件系統。SACS 軟件包含有多個程序模塊，這些程序模塊之間采用文件接口連接方式以方便客戶購買及使用。該系統所有的程序模塊都包含有比較完整的英制及公制單位的缺省工程 參數以簡化用戶的輸入。下面的程序流程圖用于解釋各程序模塊之間的連接關系。所有的結構數據：幾何形狀，構件尺寸，材料特性以及環境條件都是由交互方式輸 入以 文件方式存儲。然后求解程序對這些數據進行分析計算，得出最終的求解文件，這個文件中包含所有節點的位移以及單元內力。后處理軟件使用求解文件中的數據， 采用相應的規范對結構作規范校核。不符合規范要求的部分，程序可自動進行重新設計。結構分析及規范校核結果也可以用圖形的方式輸出，其結果可用于工程圖紙 生成及結構料表。
軟件分析包
SACS 軟件包支持 WindowsVista/XP 等操作系統。整個軟件系統由多個程序模塊組成，可以購買也可以按月租賃；可以購買或租賃整個系統，也可以根據需求購買或租賃其中的部分軟件包或單獨的模塊。
STATIC I Pro ：專業海洋靜力軟件包
海洋平臺靜力分析軟件包可以滿足典型的固定式海洋平臺、碼頭、承臺以及浮式系統上部結構的靜力分析要 求。軟件包中包含三維圖形交互式建模，有限元求解器以及圖形交互后處理程序。在這個軟件包中還包含有SEASTATE, JOINT CAN, PILE, COMBINE, GAP, TOW 以及 LDF大變形。
展開 專業系統 | 海洋風機基礎平臺結構分析軟件
海洋風機基礎分析系統是用于對海洋風機基礎平臺進行結構分析和強度校核的專業分析軟件。針對不同的海洋平臺結構，提供完整的分析方案，涵蓋靜力學分析、動力學分析和疲勞分析。分析方案中包括對靜力學分析結果的強度校核，強度校核的標準是海上風電風機基礎分析規范。
基于海洋風機基礎分析系統，設計人員可直接對完成的初步設計實施整個分析流程，并根據分析的結果進行修改。不僅如此，海洋風機基礎分析系統提供了友好的界面，方便易用，可操作性強，分析系統將ANSYS Classical的計算集成在后臺，設計人員無需掌握ANSYS即可進行基于ANSYS求解器的各類分析。在計算完成后，系統會自動截取ANSYS的計算結果，并顯示在系統界面上，從而省去了設計人員打開ANSYS進行操作。
為了更好地服務于工程設計,海洋風機基礎分析系統集成了中國石油天然氣行業標準中的海上固定平臺規范、國外規范API和DNV，在現行結構分析的基礎上，直接獲得符合行業規范的評估結果，大大節省了設計人員設計校核的時間。
功能特色
海洋風機基礎分析系統提供了全面的海樣固定平臺基礎的結構分析工具。
海上風機基礎平臺設計
幾何建模：系統提供了單樁、水下多樁、水上三樁、高樁承臺和導管架等模型。
材料庫：包含各類鋼材、混凝土等材料。
環境參數：包括地質參數、海況參數，提供了樁土作用模型，考慮了海水密度、海洋附生物、拖拽力系數、慣性力系數等因素。
載荷類型：包括活載荷、風載荷、水流載荷、波浪載荷和風機載荷，載荷種類多樣，充分考慮了海洋平臺結構在實際工作環境中可能的外載。
展開 
(海洋工程)海上平臺的自振頻率分析
(海洋工程)海上平臺的自振頻率分析
（注：完整建模細節的inp文件附在本文最后，可免費自由下載，技術共享；
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一、計算任務描述：
工程背景：海上平臺在海洋巖土工程中廣泛應用，如海上石油鉆井平臺，海上風電基礎平臺等。
模擬的工程價值和意義：海洋平臺由其承臺和開口鋼管樁群組成，在海上易受風荷載、浪荷載、洋流荷載和地震荷載等隨機荷載的影響，外荷載頻率有可能與結構的自振頻率相近而引發共振效應，使結構發生較大的變形而產生變形和傾覆等危險，故而研究海上平臺的自振頻率具有較高的工程價值。
任務：該模型模擬海上平臺的自振頻率分析，平臺包含承臺和承臺底下的支撐剛柱，支撐柱為變化樁徑的開口鋼管樁，嵌入承臺之中。
二、仿真計算采用的設備基本情況
1）處理器為 Intel(R) Core(TM) i7-7700HQ CPU @ 2.80GHz 2.81 GHz
(支持超頻，4核8個邏輯處理器)
2）內存為8.00 GB
3）操作系統為64 位（基于 x64 的處理器）
三、計算模型的處理技術
該模型采用Abaqus的線性攝動分析步和標準處理器(隱式處理器)，具有收斂性好，計算效率高的優點；
模型為3D建模，網格類型為3D實體單元；
開口鋼管樁嵌入承臺當中，且開口鋼管樁與承臺間的接觸采用綁定接觸。
展開 基于ANSYS瞬態載荷下的海洋平臺分析 ￥20
地震載荷下或者瞬態載荷作用下海洋平臺分析
13000push1.txt為建模分析命令流
PUSH1-13000.txt 為瞬態載荷
船舶及海洋工程用鋼發展史
具有良好的抗層狀撕裂能力，避免鋼材在受到厚度方向外力時，發生撕裂；
（2）具有良好的低溫沖擊性能，有的海洋平臺用鋼需要在-60℃環境下具有良好的沖擊性能，可以在極寒環境下服役；
（3）具有良好的焊接性能，焊接接頭性能具有和母材相同或相近的力學性能，保證海洋平臺整體結構的安全性；
（4）鋼質純凈度要求。鋼材需具有很低的P、S等雜質元素含量，并對夾雜物的形貌、類型和分布均有很高的要求，避免海洋平臺在受到臺風和水流運動影響時發生疲勞失效，保障人生和財物安全。
（5）耐腐蝕性能的要求。由于海洋用鋼結構長期處于鹽霧、潮氣和海水等環境中, 受到海水及海生物的侵蝕作用而產生劇烈的電化學腐蝕, 漆膜易發生劇烈皂化、老化, 產生非常嚴重的結構腐蝕, 不僅降低了結構材料的力學性能, 縮短其使用壽命, 而且又因遠離海岸, 不能像船舶那樣定期進行維修、保養。所以對其耐腐蝕性能的要求更高。
（6）針對海洋結構設施所發生的一系列的結構件斷裂災難事故，國際工程領域提出了生產和應用止裂性性能鋼板的要求，且正在形成并推廣相關的國際標準。
海洋工程用鋼的發展趨勢
隨著我國不斷加大海洋開發力度， 對高性能海洋平臺用鋼的需求量將不斷增加， 海洋平臺用鋼也將成為未來幾年國內鋼鐵企業重點研發和生產的產品。綜合分析我國海洋工業的市場需求及現有海洋平臺用鋼與國外產品的差距，可以看到，目前海洋平臺用樁腿、懸臂梁及半圓板等結構件急需升級換代，特厚規格齒條用鋼、極地低溫用鋼等均需開展細致的研究工作，具體發展趨勢體現在以下幾方面[5]。
1、加快開發高強度、高韌性的海洋平臺用鋼
從海洋平臺結構設計角度出發， 采用高強度和超高強度鋼可以有效減輕平臺結構自重， 增加平臺可變載荷和自持能力， 提高總排水量與平臺鋼結構自重比。
展開 船舶及海洋工程用鋼發展史
具有良好的抗層狀撕裂能力，避免鋼材在受到厚度方向外力時，發生撕裂；
（2）具有良好的低溫沖擊性能，有的海洋平臺用鋼需要在-60℃環境下具有良好的沖擊性能，可以在極寒環境下服役；
（3）具有良好的焊接性能，焊接接頭性能具有和母材相同或相近的力學性能，保證海洋平臺整體結構的安全性；
（4）鋼質純凈度要求。鋼材需具有很低的P、S等雜質元素含量，并對夾雜物的形貌、類型和分布均有很高的要求，避免海洋平臺在受到臺風和水流運動影響時發生疲勞失效，保障人生和財物安全。
（5）耐腐蝕性能的要求。由于海洋用鋼結構長期處于鹽霧、潮氣和海水等環境中, 受到海水及海生物的侵蝕作用而產生劇烈的電化學腐蝕, 漆膜易發生劇烈皂化、老化, 產生非常嚴重的結構腐蝕, 不僅降低了結構材料的力學性能, 縮短其使用壽命, 而且又因遠離海岸, 不能像船舶那樣定期進行維修、保養。所以對其耐腐蝕性能的要求更高。
（6）針對海洋結構設施所發生的一系列的結構件斷裂災難事故，國際工程領域提出了生產和應用止裂性性能鋼板的要求，且正在形成并推廣相關的國際標準。
海洋工程用鋼的發展趨勢
隨著我國不斷加大海洋開發力度， 對高性能海洋平臺用鋼的需求量將不斷增加， 海洋平臺用鋼也將成為未來幾年國內鋼鐵企業重點研發和生產的產品。綜合分析我國海洋工業的市場需求及現有海洋平臺用鋼與國外產品的差距，可以看到，目前海洋平臺用樁腿、懸臂梁及半圓板等結構件急需升級換代，特厚規格齒條用鋼、極地低溫用鋼等均需開展細致的研究工作，具體發展趨勢體現在以下幾方面[5]。
1、加快開發高強度、高韌性的海洋平臺用鋼
從海洋平臺結構設計角度出發， 采用高強度和超高強度鋼可以有效減輕平臺結構自重， 增加平臺可變載荷和自持能力， 提高總排水量與平臺鋼結構自重比。
展開 基于 Inspire 的導管架平臺優化方法研究
按照上述原則，將優化結果進行可制造化處理后得到的平臺結構放 在 ANSYS 中進行海洋流體環境中進行仿真計算，結果顯示 ，優化后平臺質量減 小 3.98%，同時最大位移減小 44.36%，最大應力由 59.6MPa 減小為 22.4MPa，優化比例達 62.4%，有效減小平臺質量，提高平臺強度。
5 結語
本文以平臺結構的重量最小為目標，施加海洋環境載荷 ，利用 Inspire 對平臺結構進行拓撲優化設計。根據可制造化處理原則對拓撲優化結果進行可制造化處理， 獲得輕量化、高強度的導管架平臺結構，最大限度的降低海上風機的設計建造成本 。結果表明Inspire 軟件可為海洋工程結構物的設計提供了一種新的設計思路，縮短設計周期，減少設計成本 。
6 參考文獻
[1]孔祥鼎,夏炳仁.海洋平臺建造工藝[M].北京：人民交通出版社,1993.
[2]張大勇,李剛,岳前進.海洋平臺優化設計的研究進展[J].海洋工程,2005,23(1):107-113.
[3]洪清泉，趙康，張攀.OptiStruct & HyperStudy 理論基礎與工程應用.2013.北京：機械工 業出版社，2013.
[4]修宗祥.深水導管架海洋平臺安全可靠性分析及優化設計[D].中國石油大學,2010.
[5]胡濤,肖熙.海洋平臺結構整體優化設計[J].中國海洋平臺,2001,1:15-20.
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展開 交流電磁場檢測技術仿真分析
前言
近年來，隨著能源需求不斷增加，海上石油勘探和開發已經成為一種集資金、技術、風險于一體的新興產業，海上能源開發的有效工具就是海上石油平臺。海洋平臺體積大、造價貴、結構復雜，與陸地設施相比，所處的海洋環境惡劣，容易受到臺風、巨浪、海底腐蝕、海嘯等自然環境的影響。目前我國部分海洋平臺進入了服役的中后期，迫切需要對這些海洋平臺進行安全評估和可靠性分析。
目前，主要的水下無損檢測技術有水下成像檢測、水下超聲波檢測、水下磁粉檢測等。水下成像檢測對水質要求比較高，當水質渾濁的情況下難以發現缺陷。水下超聲波檢測主要針對焊縫內部缺陷的檢測、水下鋼結構的檢驗和評價，通常需要水下和陸地上同時進行檢測，需去掉待測試件表面涂層。水下磁粉檢測對水流要求嚴格，不能應用于流速過快的水下，需要檢測對象表面光滑。
交流電磁檢測（Alternating Current Field Measurement，ACFM）技術結合了交流電位降（ACPD）和渦流檢測（ET）兩種方法。檢測原理為均勻交變磁場在被測工件表面產生均勻的感應電流，當工件表面存有缺陷時，由于工件與空氣電導率不同，感應電流繞過缺陷并在端面處產生聚集，缺陷周圍磁場產生二次畸變。根據二次磁場畸變信號即可對工件表面的缺陷定性和定量分析，實現快速掃查。
與其他水下無損檢測技術相比，ACFM技術具有以下優點：
（1）ACFM技術對水質沒有要求；
（2）ACFM技術產生的磁場能夠很容易穿透金屬上面的涂層，可對不處理涂層的工件進行檢測；
（3）ACFM技術通過檢測可以判斷缺陷長度與深度，實現對缺陷進行定量分析。
綜合考慮水下海洋平臺的檢測環境與檢測成本，交流電磁場檢測技術是解決海洋平臺石油輸送管道和關鍵結構最具潛力的技術方法。
展開 海洋風機基礎設計分析平臺
海上風機平臺作為一種能源勘探平臺，在實際建造之前需要模擬整個平臺的各種力學性能，包括靜力學分析、動力學分析、疲勞分析等。分析過程有助于模擬平臺在各種工況條件下的結構性能，并輔助設計的改進和驗證。
主要技術挑戰：
l 平臺類型較多，實際模型較為復雜；
l 邊界條件復雜，包括風載荷、波浪載荷、風機載荷等；
l 海底情況復雜，需要考慮地質因素；
解決方案：
l 用pipe單元模型模擬實際管道，簡化建模難度；
l 對各種類型的載荷進行分類梳理，視工況條件施加；
l 提供海況參數和地質參數模擬實際海洋環境；
l 為整套流程提供可視化界面，包括前處理、邊界條件施加、求解和后處理；
結論：
l 通過計算模板的形式整合整個計算流程，分析覆蓋靜力學、動力學、疲勞等；
l 平臺類型包括單樁、水下多樁、水上三樁、高樁承臺和導管架。
應用價值：
l 海上風機設計平臺模板為該種類型的平臺設計提供了仿真分析的整體流程，可視化界面操作方便，可直接生成分析報告，使專業的仿真分析更好地和設計相結合，服務于設計。
展開 
70-80年代軟件開發的片段回憶（一）
其中應用得較為廣泛的有導管架海洋平臺結構分析程序DASOS-J（Design and Analysis System of Offshore Structures based on JIGFEX），復雜高層建筑結構分析程序DASTAB-J(Design and Analysis System of Tall Buildings), 等等.
DASOS-J 專用程序的開發
1980年前后，我國渤海發現了大油田并要大力開發。為了建造其關鍵的開發設備-導管式海洋平臺，需要對平臺在復雜的渤海海況下進行力學分析。而我國當時既沒有大型計算機，也沒有可以進行相關力學分析的軟件。西方國家在這這兩方面都對我國嚴加禁運。我們不得不付很高代價委托挪威，美國或日本進行計算。 而且他們還對計算結果進行蓄意修改。例如，按照他們提供的結果，我們就不能采用本國自己生產的鋼材型號，而必須購買他們生產的昂貴鋼材。總之，明里暗里對我們處處設限，敲詐勒索；我們也有苦難言。1982年，中海油（CNOOC）和渤海石油公司的幾位負責人來到大連工學院找到錢令系先生，試探我們能否幫助他們解除這條勒在脖子上的繩索。這是事關我國重大國家利益的大事。錢先生當即拍板，暫停一些其它科研工作，以JIGFEX程序為基礎，成立以鐘萬勰為主將的海洋平臺程序開發小組，全力以赴處理這一當務之急。我們只用了大約1年，就開發出專用程序系統DASOS-J，實現了西方技術規范對于海洋平臺分析的所有基本要求，打破了西方的壟斷。我們國家的主要報紙和國際廣播電臺及時報道了這些進展。
展開 振動工程分析與控制技術課程學習
五、課程內容介紹：
1、結合工程問題講授振動力學基礎理論
1.1離散系統
1.1.1 單自由度系統自由振動的分析方法
1.1.2 單自由度系統受迫振動的分析方法
1.2連續系統
1.2.1 桿、梁
1.2.2 板
2、振動問題的實用分析方法
2.1模態疊加方法
2.1.1 離散系統
2.1.1 離散系統
2.2直接積分方法
2.2.1 辛直接積分方法
2.2.2 非耗散算法（保結構算法）
2.2.3 耗散算法
2.3隨機系統的虛擬激勵方法
3、非線性振動現象
3.1 非線性系統的獨特現象 3.2 自激振動
3.3 參數激勵振動 3.4 混沌運動
4、工程振動控制的基本方法
4.1 機械振動的分類
4.1.1 按產生振動的輸入類型分類
4.1.2 按振動隨時間變化分類
4.1.3 按描述系統運動的微分方程分類
4.1.4 按振動系統的自由度分類
4.2、振動控制基本方法
4.2.1 主動控制
4.2.2 半主動控制
4.2.3 被動控制
4.2.4 混合控制
4.3、被動控制技朮分析
4.3.1 隔振控制
4.3.2 減振控制
4.3.3 吸振控制
5、工程振動分析與控制問題舉例
5.1 火箭結構動力學
5.2 海洋平臺
5.2.1 海洋平臺冰制振動控制
5.2.2 海洋平臺設備振動控制
5.3 機械振動
5.3.1 摩擦阻尼層板
5.3.2 鋼絲繩隔振器
六、收費標準： 2200元/人（含資料、午餐、課時、及證書費），3人以上9.5折優惠，其它費用自理。課后將由中國高科技產業化研究會向考核合格的學員頒發結業證書。
咨詢報名電話:010-64113137轉1022 張老師
展開 空天院系留氣球平臺完成“智慧海洋”應急通信試驗網絡項目海試
8月16日至19日，由空天信息創新研究院（以下簡稱“空天院”）研制的船載系留氣球平臺，搭載智海號科考船，在舟山以東東海海域開展了海試。
海試現場
此次海試隸屬于“智慧海洋”應急通信試驗網絡項目船載系統的綜合集成演示驗證的一部分。由空天院研制的船載型KX-15系留氣球平臺搭載30kg有效載荷，升空高度達到300米，測試了球載AIS數據接收、SOS數據接收、LTE信號覆蓋范圍、視距微波傳輸等功能和性能指標。接入球載LTE基站的終端用戶，可以通過衛通鏈路和視距微波鏈路兩種方式回傳接入岸基核心網，實現海上無移動公網信號下的應急通信，滿足了設計要求。
海試現場
科研人員在“智?！碧柎d方艙內進行載荷數據采集和處理
正在進行氣球回收操作
“智慧海洋”應急通信試驗網絡建設項目由空天院等國內七家優勢單位共同承擔。該項目目標為建設形成我國東海南海部分海域的應急通信保障能力，滿足海洋權益維護、海洋防災減災、突發事件處置等需求。
船載系留氣球應急通信分系統研制課題由空天院浮空器系統研究發展中心和導航系統部聯合承擔，經過兩年多的攻關和集成測試，已進入收官階段，接下來將開展項目級的集成聯試和應用示范。
展開 dyna_focus案例集錦8——船碰撞分析
船與海洋平臺碰撞分析
船與鋼筋混凝土柱碰撞分析
破冰船模擬分析
船與吸能結構碰撞分析
船與重力式海洋平臺碰撞分析
