张力腿平台筋腱安装期间多体耦合动力响应研究

摘要

张力腿平台是目前深水油气开发应用较成熟的平台形式之一，在深海作业具有运动性能好、抗恶劣环境作用能力强、可移动等优点。我国南海油气资源丰富，结合目前国际的能源需求形式，迫切需要独立自主的开展适合南海海况的张力腿平台研发工作，以摆脱对国外的技术依赖，推动我国深海能源开发技术进步。本文依托某张力腿平台自主研发项目，借鉴2015年墨西哥湾1500米水深张力腿平台安装事故经验，完成了平台筋腱安装期间多体耦合动力分析。主要内容包括:
　　1)筋腱系统刚度分析及验证。针对张力腿平台系统中多根筋腱的并联模型，通过几何非线性分析，得到了筋腱和系统的总体刚度，给出静平衡位置下的刚度矩阵;基于势流理论计算了平台的关键水动力参数，通过时域方法进行平台非线性拟静态分析和自由衰减模拟，验证张力筋腱刚度。
　　2)筋腱安装期间的多体动力响应分析。给出筋腱安装作业流程，结合筋腱自由站立期间筋腱支撑浮体(TSB)与筋腱本体的相对位置，不考虑TSB之间的耦合效应下，分析了45种不同工况下TSB和筋腱的运动响应。通过危险点时域空间位置的判断识别，预报了危险的装载状态和海况环境。
　　3)基于CFD方法的对结构特殊的TSB进行水动力研究。考虑TSB开槽和端面对流场的扰动下，研究了不同开槽方向、TSB并列和错列布置时的升阻力变化。对U形槽以及不同布置位置下结构壁面产生三维流场现象进行讨论。
　　4)基于CFD方法下的TSB计算结果，对张力筋腱自由站立期间的多体动力响应进行修正，以叠加升力和修正阻力系数的形式，计算了考虑TSB开槽方向影响下单根张力筋腱自由站立时的TSB运动响应;考虑双TSB耦合作用下张力筋腱自由站立期间TSB并列、错列时的运动响应。
　　综合研究结果进行分析，给出张力筋腱安装期间的TSB耦合动力响应，给出安全海况并提出建议。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1研究背景

1．2张力腿平台简介

1．3国内外研究现状

1．4本文研究内容及方法

第2章张力腿平台及筋腱响应特性研究

2．1张力腿平台基本参数

2．2张力筋腱刚度研究

2．2．1张力筋和立管的刚度

2．2．2张力筋腱响应RAO

2．3平台相关水动力结果

2．3．1附加质量及阻尼系数

2．3．2运动响应RAO

2．4自由衰减模拟及验证

2．5本章小结

第3章张力筋腱安装期间动力响应分析

3．1 TSB模型结构与布置

3．2平台在位前筋腱安装流程

3．2．1安装方案一

3．2．2安装方案二

3．3计算环境与工况

3．4碰撞位置分析

3．5 TSB拖曳力系数分析

3．6计算结果及分析

3．6．1单根自由站立

3．6．2三种TSB危险工况

3．6．3两种TSB碰撞工况

3．7本章小结

第4章基于CFD方法对TSB水动力系数研究

4．1升阻力模型检验

4．2单TSB绕流模拟

4．2．1开槽0°时TSB计算研究

4．2．2开槽90°时TSB计算研究

4．3双TSB耦合响应研究

4．3．1双TSB并列绕流模拟

4．3．2双TSB错列绕流模拟

4．4不同状态下TSB受力对比

4．5本章小结

第5章考虑粘性效应下TSB动力响应耦合分析

5．1修正升阻力下单浮筒运动规律

5．2并列TSB耦合对筋腱安装的影响

5．3错列TSB耦合对筋腱安装的影响

5．4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