风浪流载荷作用下海洋平台应急撤离系统运动特性数值模拟研究

摘要

海上撤离系统是一种高效的应急救生设备，国外救生行业针对该类型设备研究起步早、技术成熟、研究成果丰富，在我救生行业中已产生垄断优势。相比之下，我国海上撤离系统的研究还处于起步阶段，尚无大型海洋平台用撤离系统研发成功先例，为尽快实现装备国产化，相关研究工作刻不容缓。
　　海洋平台应急撤离系统包括撤离箱、柔性网格滑道、登乘平台、配重块等模块，是一种结构形式复杂的柔性耦合多体系统，风浪流等载荷均会影响其运动特性，进而影响应急情况下人员撤离。本文以某型海洋平台应急撤离系统为研究对象，基于系统中各模块结构及受力特性，提出一种分析海洋平台应急撤离系统在复杂海洋环境中运动特性的数值模拟方法。论文主要研究内容如下:
　　首先，叙述了海上撤离系统分类以及海洋平台应急撤离系统结构特点，讨论了海洋平台应急撤离系统所承受的环境载荷，论述了海洋环境相关载荷的理论计算方法，并基于理论方法，创建了风、流等载荷作用下的运动平衡方程，对比分析了不同风速计算公式下海洋平台应急撤离系统的位移规律，为接下来的数值模拟方法提供了理论依据。
　　其次，叙述了某型海洋平台应急撤离系统的几何与材料参数，基于海洋平台应急撤离系统的结构特点，对海洋平台应急撤离系统的数值计算模型提出基本假定，为了提高计算效率，借鉴捕捞学相关理论，对海洋平台应急撤离系统滑道部分提出了一种新的简化方法，通过对比简化前后的单节滑道、完整滑道在风载作用下的计算结果，验证了本文简化方法的有效性。兼顾计算准确性与计算效率，得到了本文用于有限元计算的三维数值模型。
　　再次，应用ABAQUS/AQUA软件对海洋平台应急撤离系统在不同海洋环境中的运动响应展开分析。首先讨论了边界条件的设置，通过对比不同边界条件下的计算结果得出合适的边界条件。然后分析了单独风载荷作用下的位移规律，并将数值结果与前文理论方法计算结果对比，验证了本文有限元研究方法的有效性;然后基于登乘平台结构特点，选择合适的波浪理论与登乘平台建模方法，分析了波浪单独作用和波流耦合作用下登乘平台的动态响应规律。参考救生设备试验规范，讨论了在规定撤离海况中，风浪流耦合条件下海洋平台应急撤离系统的运动特性。
　　最后，探讨了配重块质量、配重块工作深度和网孔尺寸对海洋平台应急撤离系统运动特性的影响规律，得出在特定海况下撤离系统最佳布放方法。总结撤离系统运动规律，针对设备安全性校核提出一种新的安全评估办法，为国产撤离系统设计提供了参考。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1研究背景与意义

1．2海上撤离系统简介

1．3国内外研究现状

1．3．1试验研究

1．3．2数值研究

1．4本文主要研究工作

第二章海洋平台应急撤离系统环境载荷分析

2．1引言

2．2风载荷

2．2．1风速随高度的变化规律

2．2．2风速随时间的变化规律

2．2．3风对结构物的作用力

2．3波浪载荷

2．3．1波浪运动方程

2．3．2线性波浪理论

2．3．3波浪力计算

2．4流载荷

2．5海洋平台应急撤离系统平衡分析

2．6本章小结

第三章海洋平台应急撤离系统三维数值模型研究

3．1引言

3．2海洋平台应急撤离系统几何及材料参数

3．3三维数值模型简化方法研究

3．3．1三维数值模型建立

3．3．2网目群化法

3．4载荷与边界条件设置

3．5三维数值模型简化方法有效性验证

3．5．1质量等效验证

3．5．2受力等效验证

3．6本章小结

第四章风浪流载荷作用下海洋平台应急撤离系统运动特性分析

4．1引言

4．2边界条件分析

4．3风作用下响应特性分析

4．4波浪作用下响应特性分析

4．5波流耦合作用下响应特性分析

4．6风浪流耦合作用下响应特性分析

4．7本章小结

第五章海洋平台应急撤离系统运动特性影响参数分析与安全性校核

5．1引言

5．2配重块质量对撤离系统运动特性的影响

5．3配重块工作深度对撤离系统运动特性的影响

5．4网孔尺寸对撤离系统运动特性的影响

5．5安全性评估方法分析

5．6本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢