双船浮托安装中多浮体水动力性能及运动响应研究

摘要

随着人类对深海油气资源的需求日益迫切，越来越多的海上钻井和采油平台陆续被提出并应用到油气开采服务中。这些海洋平台一般都需要在海上进行安装才能从事生产服务，而怎样安全快速地安装这些平台一直是海上施工研究的重点。平台的安装一般分为吊装法和浮托法，海上平台的安装作业中，传统的吊装法已不能满足组块安装的需要，并且费用越来越高。大型组块的单船浮托安装在国内外已得到广泛的应用，但这种方法要求下部结构导管架的设计满足单船进入的要求，而且随着上部组块重量的逐渐增大，单船浮托容易受到驳船吃水的限制，因此近年来，双船浮托法已经成为了海洋平台安装的热点。
　　本文首先介绍了海洋工程浮托法特别是双船浮托法的操作过程，分析了浮托法安装中的关键技术，并对浮托法的研究现状和发展趋势进行了综述。另外对海洋工程多浮体技术的研究方法和研究方向做了总结，对多浮体技术的研究有了整体的把握。
　　其次建立驳船湿表面模型，设置了不同的浮体间距和水深吃水比，在频域内对其水动力系数进行了计算和分析。揭示了浮体相互作用和浮体间距对驳船水动力系数的影响，获得了水深吃水比对驳船相关水动力参数的变化规律。相互作用和间距对驳船的影响主要体现在波频范围，另外随着水深的变浅，结构的附加阻尼和附加质量呈增大趋势。
　　在时域内对上部组块转移过程中的多浮体系统进行了耦合动力分析，重点研究了驳船之间系缆刚度和护舷摩擦对系统运动响应的影响，得出系缆刚度和摩擦系数的增大可以有效的减小系统的运动，增加系统的稳定性。同时还分析了在不同波高和浪向下多浮体系统运动响应的变化。发现系统对环境变化极为敏感，随着波高的增大，船体之间的相对运动和系缆力明显增加，且在90度浪向下系统运动最为剧烈。
　　最后针对驳船和上部组块的连接方式进行了研究，分析得出在刚性连接的情况下，双驳船系统最为稳定。因此，针对刚接下的双驳船系统进行了运动响应预报，得到其垂直面自由度的固有周期，结果表明双驳船系统在安装过程可以避免与下部平台发生共振。
　　本文采用多体分析方法对双船浮托法过程中相关问题进行了研究，丰富了海洋工程多浮体水动力分析技术的内涵，有助于多浮体技术的发展。希望此方法可以进一步得到实验验证，成为更加准确地预报多浮体运动响应的有效方法，以期更好的服务于海洋工程行业。

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1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 多浮体技术的发展及应用

1.3 本文的研究目的和意义

1.4 本文的研究工作以及创新点

2 水动力分析理论

2.1 坐标系定义

2.2 线性波浪理论

2.3 结构在规则波下的运动响应

2.4 频域运动方程

2.5 二阶波浪理论

2.6 风、流力计算理论

2.7 时域运动方程

2.8 程序验证

2.9 本章小结

3 频域水动力分析

3.1驳船计算模型

3.2 浮体相互作用对驳船水动力系数的影响

3.3 水深吃水比对驳船水动力系数的影响

3.4 驳船间距对驳船水动力系数的影响

3.5本章小结

4 上部组块转移时的多浮体时域响应分析

4.1 浮托驳船多体分析模型

4.2 多浮体系统相关参数研究

4.3 多浮体系统不同环境条件对比分析

4.4 本章小结

5 双驳船的运动特性分析

5.1 计算模型

5.2 双驳船运动特性分析

5.3 本章小结

6 结论及展望

6.1 结论

6.2 未来工作展望

参考文献

致谢

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