半潜式平台运动耦合分析方法及水动力模型试验研究

摘要

随着近水油气资源的开发殆尽,海洋资源的开采已逐渐步入深海。浮式海洋结构物作为深水油气资源开发的利器,其所处的海洋环境极其恶劣,动力响应十分复杂。深水浮式系统的动力响应是整个浮式系统设计的依据,准确预报浮式结构物对的运动响应及其系泊缆索的动力响应有着及其重要的作用。水池模型试验是预报浮式系统动力特性最可靠的方法,然而由于水池的尺寸有限,对于深水浮式结构物而言,在常规缩尺比下很难满足其试验要求。为解决深水浮式结构物模型试验的问题,混合模型试验方法被提出,即用水深截断系泊系统代替全水深系泊系统进行模型试验。然而水深截断系泊系统并不能完全等效替代全水深系泊系统,两者的动力特性存在差异,且差异随截断因子的增大而增大,因此对混合模型试验进行深入研究是必要的。
　　本文以一座中海油深水半潜式平台的混合模型试验为背景,对混合模型试验及水深截断系泊缆索的动力特性展开研究。本文的主要研究内容包括:
　　1.水深截断系泊缆索的静力等效设计。运用悬链线法完成系泊系统的静力分析,采用经验公式和迭代法设计了全水深400m悬链线系泊缆索的200m非均质截断系泊缆索及全水深为1000m悬链线系泊缆索的200m均质截断系泊缆索。从全水深系泊系统和水深截断系泊系统的静力特性对比可知,截断方法可行。
　　2.大水深截断因子水深截断系泊缆索选型研究及水深截断系泊缆索动力相似设计。对三种水深截断因子为5的水深截断系统与半潜式平台进行全时域耦合分析,提取平台的运动响应及缆索的动力响应,与相同条件下全水深系统的响应进行对比,综合各项因素,确定最适合用于模型试验的水深截断系泊缆索型式。在完成全水深为1500m、1000m及400m的悬链线系泊缆索的200m水深截断系泊缆索静力相似设计后,进行进一步的动力改进相似设计。
　　3.以半潜式平台在1500m和1000m水深作业为背景,进行模型试验,得到平台的运动响应和代表性的缆索张力。用SESAM软件的Wadam模块对截断水深模型试验进行数值重构,在DeepC模块中进行数值外推。对比三种不同截断因子的水深截断系统的数值重构值及数值外推值,研究水深截断因子对混合模型试验的影响。
　　4.探讨水深截断对水深截断因子动力响应的影响,针对大截断因子的水深截断系泊缆索,研究了水平截断及顶端材料对其动力响应的影响。分析了整个半潜式平台系统的阻尼,并对系泊阻尼的影响因素展开研究。

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目录

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 深海浮式平台的发展

1.3 浮式系统动态响应预报方法

1.4 本文研究的主要内容

1.5 课题研究的关键技术和创新点

第2章 水深截断系泊系统静力设计

2.1 引言

2.2 系泊缆索静力计算方法

2.3 系泊系统静力计算方法

2.4 截断系泊系统静力设计

2.6 本章小结

第3章 大水深截断因子截断系泊缆索选型研究及动力相似设计

3.1 引言

3.2 时域耦合理论及单自由自由衰减

3.3 大水深截断因子截断系泊缆索选型研究

3.4 水深截断系泊缆索动力相似设计

3.5 本章小结

第4章 半潜式平台截断水深模型试验

4.1 引言

4.2 半潜式平台模型试验

4.3 试验结果

4.4 本章小

第5章 数值重构及数值外推

5.1 引言

5.2 频域计算理论

5.3 时域耦合计算理论

5.4 半潜式平台截断水深试验数值重构和数值外推

5.5 水深截断因子对混合模型试验的影响

5.6 本章小结

第6章 水深截断系泊缆索动力特性及系泊缆索阻尼影响参数研究

6.1引言

6.2 水深截断系泊缆索动力计算

6.3 系泊阻尼影响因素

6.4 本章小结

第7章 结论与展望

7.1 论文总结及结论

7.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及学术成果

致谢