Spar平台水动力性能分析及其系泊缆失效研究

摘要

深水 Spar 平台是人类挺进深远海、开发深海油气资源的一种关键工具。由于深海环境载荷复杂多变，风载荷、波浪载荷和海流载荷综合作用下工况恶劣， Spar平台的水动力性能和系泊系统需要经受严格的考验。本文基于某1507米水深海域的深海Spar平台，计算了Truss Spar平台系泊系统的特性及其动力响应情况，研究系泊缆失效条件下平台的运动响应及其对系泊性能的影响。这项工作有较高的应用价值和社会效益。主要包括如下几个方面内容： Spar平台的水动力性能分析。基于三维势流理论，建立Spar平台的几何模型和水动力分析模型，计算得到平台的各项水动力系数，包括附加质量系数、阻尼系数、一阶波浪力等结果。在 Spar 平台总体响应分析的基础上，用时域方法对 Spar 平台及其系泊系统进行耦合分析，得到平台运动的时历曲线，作为系泊系统与平台主体耦合运动分析的重要基础。 平台系泊系统的性能受到不同环境条件和载荷工况等因素的影响，本文着重研究了环境条件、系泊方式和系泊缆材料三种重要因素，采用控制变量的方法，通过对比分析，确定各参数的变化对平台的耦合运动响应所产生的作用和影响。 针对在 Spar 平台设计和评估中需要考虑的平台系缆断裂失效问题，通过计算得到 Spar 平台的耦合运动响应和系缆张力—时间迹线结果。分析单根缆绳断裂失效瞬间系缆张力的瞬态幅值响应，研究并评估了其对系泊系统和平台整体性能的影响。 结果表明：在 Spar 平台时域耦合分析中，平台的最大位移不超过最大水深的10%，满足API RP 2SK规范和环境载荷的要求。同时，采用张紧式系泊方式和聚酯材料的系泊缆都能提高平台的系泊性能。当单根系泊缆断裂失效时，与断裂系缆相邻的系缆所的瞬态张力响应往往是最大的，显示出系泊系统对断缆失效工况的抵抗性和保持稳定的恢复性。同时，要注意防范受力较大系缆组的断裂失效，保证平台的安全和稳定性。

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摘　要

ABSTRACT

目　录

第1章 　绪论

1.2 　Spar平台特性及发展概况

1.2.1 　Spar平台种类

1.2.2 　Spar平台的优势及发展

1.2.3 　Spar平台系泊系统分类

1.2.4 　Spar平台系泊系统特性

1.3 　国内外研究现状

1.3.1 　Spar平台水动力性能的研究现状

1.3.2 　Spar平台系泊系统的研究现状

1.4 　本文主要研究工作

1.4.1 　本文研究目的

1.4.2 　本文研究内容

第2章 　Spar平台的波浪载荷及频域水动力分析

2.2 　Spar平台波浪载荷计算

2.2.1 　三维势流理论

2.2.2 　莫里森公式

2.3 　水动力数值计算工具

2.4 　Spar平台水动力响应计算

2.4.1 　目标Truss Spar平台简介

2.4.2 　水动力模型建立和计算

2.4.3 　水动力响应分析

2.4.4 　附加质量

2.4.5 　阻尼系数

2.4.6 　波浪力

第3章 　Spar平台的时域耦合分析

3.1.1 　准静态复合悬链线理论

3.1.2 　悬链缆线的动态耦合分析理论

3.1.3 　系泊缆回复力

3.2 　海洋环境条件

3.2.1 　风载荷

3.2.2 　波浪载荷

3.2.3 　海流载荷

3.3.1 　系泊缆布置

3.3.2 　系泊缆属性

3.3.3 　DeepC模块简介

3.3.4 　整体模型

3.4 　时域动力响应计算分析

第4章 　系泊系统多参数分析

4.1.1 　展开重力式系泊系统与平台的时域耦合运动

4.1.2 　半绷紧索缆式系泊系统与平台的时域耦合运动

4.1.3 　结果对比分析

4.2 　系泊缆材料特性分析

4.2.1 　聚酯材料属性及其应用计算

4.2.2 　结果对比分析

4.3 　风浪流同向海况下耦合运动分析

4.4 　本章小结

第5章 　Spar平台系泊缆断裂失效分析

5.1.1 　ANSYS—Aqwa介绍

5.1.2 　建立模型

5.2 　系泊缆断裂瞬态运动响应分析

5.2.1 　垂荡方向瞬态响应分析

5.2.2 　纵荡方向瞬态响应分析

5.2.3 　纵摇方向瞬态响应分析

5.3 　系泊缆断裂张力分析

5.3.1 　断裂时系缆张力瞬态响应分析

5.3.2 　断裂后再次平衡时系缆张力分析

5.4 　本章小结

第6章 　结论与展望

6.2 　展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致　　谢