基于ANSYS的可靠度分析方法及应用

通过对可靠度分析的概述理解到现代工程分析中实体模型不确定因素众多,进而带来分析的不准确性。基于有限元分析软件ANSYS提供的概率设计系统(PDS)的概率分析功能,使对结构的概率分析非常容易。根据结构的失效模式来确定结构功能函数,由此建立结构极限状态方程,再运用结构可靠度分析中的蒙特卡洛法(MCS法)利用结构的失效频率来估算其失效概率。在本文中提出了利用ANSYS的概率分析功能结合MCS法进行结构的可靠性分析的方法,并通过一个实例具体说明了利用ANSYS的概率分析功能实现结构的可靠性分析的可行性。     

基于贝叶斯网络的页岩气集输管道失效概率计算方法研究

页岩气集输管道运行压力和出砂量在生产过程中衰减显著，这导致管道失效概率不断变化，针对这一问题，采用贝叶斯网络方法，建立了页岩气集输管道失效概率动态计算模型。首先，分析页岩气气质特征、管道运行工况及失效原因，利用逻辑门的连接关系，建立了页岩气集输管道失效故障树；其次，基于贝叶斯网络与失效故障树的结构映射关系，将失效故障树转化成贝叶斯网络结构；然后，通过贝叶斯网络的参数学习，实现模型求解；最后，进行了实例应用。研究结果表明:该模型不仅可有效计算页岩气集输管道的失效概率，还能确定影响管道失效的关键风险因素，并且可通过调整节点的状态及概率分布，实现页岩气集输管道失效概率的更新。     

事故树结构重要度求解方法研究探讨

在采用事故树法进行安全系统分析时,事故树的结构重要度一般是利用最小割集或最小径集进行求解,但是由于采用最小割集求解的结果与采用最小径集分析求得结果并不一致,使得事故树结构重要度产生差异,导致系统分析结果存在差异.本文提出采用求结构重要度系数和利用概率重要度性质求结构重要度的方法来解决,实例证明所求解的结构重要度结果与最小径集分析结果一致,结果精确.     

压力容器裂纹失效路径仿真平台开发与应用研究

基于安全性评定理论,提出了失效路径理念,探寻了压力容器裂纹缺陷失效路径仿真平台开发思路,并利用VB编程语言完成了相关平台的开发。以某一穿透裂纹为例,通过设定裂纹不同的尺寸变化量和延迟时间,应用仿真平台得到了裂纹在失效评定图上评定点的变化轨迹,得到失效路径仿真曲线,并对结果进行分析。以失效路径的仿真曲线为基础,为预测裂纹的临界尺寸所处的精确范围提供了一种新的方法。     

影响大型复杂机械钢结构系统可靠性的因素分析

以结构力学为理论依据,以有限单元法为基础,借助和参考有关有限元程序设计方法,按照结构系统可靠性失效模式分析的要求,采用编程语言研制成功基于有限元的可靠性分析软件RAPS(Reliability Analysis Program of Structure based on FEM),运用该软件对立体车库钢结构的可靠性进行具体的分析;对判定结构系统失效与否的失效准则进行讨论和分析,并针对立体车库钢结构,得出合理的失效准则和系统可靠度的计算方法;通过实例说明约界参数CAP、失效路径长度和系统复杂程度对失效准则和系统可靠度结果的影响。     

基于神经网络方法的复杂超静定结构失效概率分析

将整体结构按拓扑关系划分为若干模块,根据力的传递原理对模块结构进行失效概率计算,获得各模块结构的失效概率信息;运用有限元模拟分析获得整体结构的失效概率信息。再将模块结构的失效概率作为输入,整体结构的失效概率作为输出,构造样本集。以BP神经网络进行失效概率分析,既可提高计算速度和精度,也可利用其泛化能力对相同拓扑结构的超静定结构进行失效概率计算。算例中对包含5个模块结构的整体结构单元进行基于神经网络的失效概率分析,以网络外推能力计算了包含7模块结构的整体结构单元的失效概率,获得较好的计算精度,从而验证了该方法的有效性。     

民机结构涂层腐蚀维修间隔的确定方法

为量化民机结构防护涂层腐蚀失效对飞机结构维修间隔制定的影响,合理制定民机维修方案,针对环境损伤条件下的飞机连接结构(外露腐蚀关键件)防护涂层体系,综合考虑防护涂层体系损伤的特点,提出利用模糊综合方法评估腐蚀损伤等级以量化损伤程度,与地面停放时间进行关联,建立了民机结构涂层腐蚀维修间隔评估模型.在模型中提出了单项指标的等级区间划分方法,确定了评判因素集合,利用G1法求解各单项指标的权重,运用岭形分布隶属函数来确定评判矩阵,将权重与评判矩阵进行线性结合求解多因子包容方程,确定涂层腐蚀维修间隔.通过实例进行模型验证,确定的维修间隔与工程文件一致,符合腐蚀动力学规律,表明了模型的有效性.模型可为民机外露关键件的涂层有效性检验、涂层腐蚀维修间隔的确定提供参考,具有很好的工程应用价值.     

基于子模型技术加氢反应器平面缺陷安全评定

工程经验公式无法对结构不连续区域的应力水平进行求解,传统的有限元分析法难得到较高计算精度的解,文中采用子模型技术可有效地解决了此类问题。含平面缺陷加氢反应器潜在失效模式为弹塑性断裂失效,文中对平面缺陷进行了缺陷表征,应用子模型技术计算了缺陷部位的主应力,采用常规评定方法对平面缺陷的安全性进行了评定分析,其计算方法可供类似工程参考借鉴。     

基于蒙特卡洛模拟算法的化工装置失效概率估算

分别采用分析算法和蒙特卡洛模拟算法计算装置的瞬时失效概率.首先对瞬时失效概率进行理论研究,依据可靠度理论进行分析,得到瞬时失效概率理论计算公式,但此方法存在理论公式复杂以及计算误差等问题;其次利用蒙特卡洛模拟分析构建化工装置失效概率估算方法,得出利用矩阵实验室(MATLAB)运行的程序流程;最后通过实例计算某个装置的瞬时失效概率,比较分析算法和蒙特卡洛模拟算法所得结果.结果表明,蒙特卡洛算法就整体性而言是可以接受的,而且随着装置数量的增加,装置的瞬时失效概率下降速率加快,这一情况与实际相符.     

空气储罐安全临界裂纹的可靠性分析

通用失效评定图在评定焊接结构安全性方面广为采用。但是,材料力学性能的测试、结构中缺陷大小的测试,客观上存在一定不确定性。因此,不论是对评定参数还是评定结果都需要进行可靠性分析。但可靠性分析需要大量数据,有时难于实现。为此,在对随机变量的实验结果进行统计分析中,采用二维单侧容限方法,从而在不增加工作量的同时,确保了分析结果的高可靠性。在空气储罐安全临界裂纹分析计算中,采用该方法处理后,应用成功-失败法对指定失效概率进行求解,裂纹尺寸变动1mm ,其安全评定的失效概率则变动几个数量级,从而在充分挖掘储罐潜能的同时,大大提高了安全临界裂纹分析的可靠度。     

基于RBI技术的海上平台延期服役静设备定量化安全评估技术

针对海上延期服役平台静设备的安全风险评估与控制问题,应用RBI风险评估技术的评估理论和方法对海上延期服役平台静设备的定量化安全管理方法进行了实践和探索,并选择某延期服役平台进行风险分析相关结论的工程验证。其具体过程是运用定量RBI技术,首先根据工艺流程和介质特点对海上平台静设备分别进行了物流回路和损伤回路的划分,并以此为基础对延期服役平台静设备的安全风险进行定量评估,进而得出各静设备单元的失效可能性、失效后果及风险等级,最后通过得出的损伤模式、损伤机理及对应的腐蚀速率,从而制定针对性的检测策略。将利用这些检验策略所检测出的真实情况与分析结论进行对比,最终验证了RBI技术在延期服役平台静设备风险评估方面具有很强的适用性。     

海上平台静设备失效概率计算方法适用性研究

针对RBI评估失效概率计算方法对海上平台静设备的适用性,基于国内海上平台设备失效数据统计现状,提出以数据库软件为基础建立RBI评估系统的建议,以获取更加可靠的通用失效概率;对比国内外腐蚀减薄损伤系数计算方法的差异,根据海洋环境恶劣,静设备腐蚀严重的特点,结合模糊数学理论,提出更为保守的计算方法,并选取渤海某平台静设备验证新方法的适用性。结果表明,新方法得到的失效概率等级分布更为均匀,高失效概率等级的数量增多,符合海上平台静设备失效概率高的特点,但仍需通过生产实践来检验其可靠性。     

SIL评估及HAZOP分析技术在海洋平台安全评估中的应用

针对海洋平台安全仪表系统安全可靠性要求的提高,分析海洋平台安全仪表系统SIL评估及HAZOP分析方法,对SIL评估的必要性、目的和内容、方法与流程进行论述,对SIL等级选择的HAZOP和LOPA分析方法进行介绍,对SIL评估过程中的重要数据问题进行阐述,对SIL等级验证中各参数和失效数据的选取进行说明。通过案例进一步论述SIL评估及HAZOP分析技术的要点和实施步骤,针对该案例提出了提高SIL等级的建议和措施,为海洋平台安全仪表系统的SIL评估提供重要的参考和依据。     

海上平台事故应急演练评估方法研究

针对目前我国海上平台事故应急演练缺乏有效评估体系的现状,结合海上平台事故应急演练典型示例,运用“事故应急指挥系统（ICS）”基本理念,对整个应急演练过程进行系统分析,从人员安全、资产保护、环境保护、企业声誉等4个方面搭建应急演练评估框架。采用层次分析法构建计算模型,合理设置评估指标权重,最终建立了1套具有海洋石油行业特点的应急演练评估指标体系,并选取国内1个海上平台事故应急演练进行了应用分析。研究结果表明:构建的演练评估指标体系及评估方法能较好地应用于海上平台事故应急演练过程,进而在演练评估结果的基础上,实现应急演练的持续改进。     

海上钻井平台安全风险预警模型应用研究

2010年美国墨西哥湾“深水地平线”钻井平台爆炸和2011年我国蓬莱钻井平台井涌事故,引发社会各界对海上钻井平台安全问题的关注.介绍了海洋钻井平台的组成结构,对海洋钻井平台的危险源进行了系统辨识,试图通过对海上钻井平台作业现场危险因素加以观察,诊断、分析警源、警情,警兆,警级,结合专家意见,从人员、设施设备、安全管理、工程地质、海上环境等几个方面建立海上钻井平台安全风险预警体系,采用改进的层次分析法,得出指标权重,构建海洋钻井平台安全风险预警模型,得到量化的预警结果.并通过对某钻井平台的实例分析,提出安全风险的预控对策,以期本模型对海上钻井平台的事故的发生起到一定的防范作用.     

基于图论的海洋平台连锁风险评价

为控制海洋平台连锁风险,基于图论(GT),提出一种新型定性风险评价方法,将分析对象的复杂风险分析转化为图形分析运算。该方法综合考虑研究对象的风险,重点考虑事故可能的发展模式,建立并转换可能发生的事故的连锁图,用图论算法进行图形运算,得到造成结果事故发生的关键路径、最短路径和点割集,设置并优化安全屏障,防止初始事故发生。最后,结合墨西哥湾事故,建立事故连锁图,通过图形变换与运算得到2条最短路径、3条关键路径和2个点割集,并提出风险控制措施。     

Fuzzy risk assessment of oil and gas offshore wells

Risk evaluation of offshore wells is a challenging task, given that much of the available data is highly uncertain and vague, and many of the mechanisms are complex and difficult to understand. Consequently, a systematic approach is required to handle both quantitative and qualitative data as well as means to update existing information when new knowledge and data become available. Each Basic Risk Item (BRI) in a hierarchical framework is expressed as a fuzzy number, which is a combination of the likelihood of a failure event and the associated failure consequence. Analytical Hierarchy Process (AHP) is used to estimate weights required for grouping non-commensurate risk sources. Evidential Reasoning (ER) is employed to incorporate new data for updating existing risk estimates. It is envisaged that the proposed approach could serve as a basis for benchmarking acceptable risks in offshore wells.     

基于SAPSO-BP网络模型的海洋平台落物碰撞损伤分析

为了确保海洋平台作业过程中落物坠落对甲板撞击后的结构安全,对坠落立管撞击海洋平台甲板的过程进行了非线性仿真分析。运用ANSYS/LS-DYNA建立有限元模型,对坠落立管不同撞击角度撞击海洋平台甲板进行模拟计算,得到甲板在不同工况下的损伤情况。运用1种自适应性变异的粒子群优化算法SAPSO与BP神经网络结合［1］,对海洋平台进行落物碰撞损伤分析。研究结果表明:落物与垂直方向偏离5°～10°为坠落时最危险的工况。SAPSO-BP提高了BP神经网络的拟合能力,减小了拟合误差,提高了拟合精度,验证了SAPSO-BP网络模型的实用性和可靠性。综合考虑制定适用于海洋平台落物安全的工作程序和平台及设备的防护措施,为海洋平台作业中落物风险评估和海洋平台作业安全保障提供参考。     

Risk-based reliability assessment under epistemic uncertainty

Existing risk in production systems has a direct relationship with unreliability of these systems. Under such circumstances, the approach to maximize the reliability should be replaced with a risk-based reliability assessment approach. Calculating the absolute reliability for systems and complex processes, when we are not provided with any data on failure, is extremely complex and difficult. Until now, studies of reliability assessment have been based on the probability theory, in which the failure time is anticipated after determining the type of size distributions. However, in this paper, the researchers have developed an approach to apply the possibility theory instead of the probability theory. Instead of using absolutely qualitative methods, this new approach applies the Dempster–Shafer Theory. It is obvious when there are insufficient data; an index is needed to make a decision. Then, a novel method is proposed and used in a real case study in order to determine the reliability of production systems based on risk when the available data are not sufficient, helping us to make decisions. After calculating the failure probability and analyzing the assessment matrix and risk criteria, we may conclude that the failure risk of equipment is reduced while the system reliability is increased.     

海洋延寿平台随机冰激响应与损伤评估

直立结构上冰力作用是国际海洋石油工程界研究的一个热点,尽管很多学者建立了各种冰力破碎模型,但是这些理论模型实现对冰与直立结构交互作用过程的量化模拟还存有较多困难.针对胜利油田大量海上平台超期服役现状,选择渤海现场实测的随机冰力时程曲线,考虑腐蚀减薄、桩基冲刷、海生物附着等服役损伤,建立海洋延寿平台结构有限元模型,研究随机冰力作用下海洋延寿平台构件的时程响应,采用疲劳等效应力幅来描述随机冰激疲劳应力过程产生的疲劳效应,最后基于Miner线性累积疲劳损伤模型采用S-N曲线法评估平台构件的疲劳损伤,该方法为进行可适合工程应用的渤海延寿平台疲劳评估提供了思路.