水深对软刚臂式FPSO浅水效应及触底的影响

摘要

对于浅水软刚臂式单点系泊FPSO，浅水效应和触底问题是引起系泊载荷过大和 FPSO结构损坏的重要因素，也是当前研究的两大热点问题。本文针对30万吨级、16万吨级和5万吨级软刚臂式单点系泊FPSO的共八种装载工况，分别采用Newman近似法和Pinkster近似法考虑FPSO所受二阶波浪力，计算了不同WD/T（水深吃水比）条件下单点系泊系统受力，分析系泊系统受力随WD/T变化的规律。此外，本文给出了计算FPSO须考虑浅水效应的WDL/T（临界水深吃水比）的方法，分别计算了三艘FPSO在八种装载工况下的WDL/T，分析了该临界值随FPSO吃水、吨位变化的规律，并进一步对“FPSO须考虑浅水效应的WDL/T数据库”进行概念设计。本文还从频域和时域两个方面分别对三艘FPSO满载工况下的触底问题进行了研究和分析。
　　通过本文的研究工作，得出了如下主要结论：
　　（1）FPSO的二阶波浪载荷传递函数矩阵值整体随水深的增加逐渐减小；对于某些差频项，在浅水条件下，Pinkster近似法计算得到的二阶波浪载荷传递函数值远大于Newman近似法的计算值。
　　（2）采用Newman近似法考虑二阶波浪力时，FPSO所受系泊力随WD/T的增加先增大后减小，但变化范围不大；采用Pinkster近似法考虑二阶波浪力时，系泊力随WD/T的增大逐渐减小，且浅水条件下的系泊力远大于深水条件下的系泊力。
　　（3）浅水条件下，Pinkster近似法计算得到的单点系泊力远大于Newman近似法计算得到的系泊力；在超过一定WD/T时，Pinkster近似法计算得到的单点系泊力将小于 Newman近似法计算得到的结果；两种方法的所得系泊力相等时对应的WD/T，可作为工程上FPSO须考虑浅水效应的WDL/T。
　　（4）对于同一FPSO，须考虑浅水效应的WDL/T随吃水的增加而减小；利用FPSO排水体积将FPSO吃水无量纲化后，对于同一吃水，FPSO须考虑浅水效应的WDL/T随FPSO吨位的增加而减小。
　　（5）将FPSO的型式、设计排水量、吃水等参数作为变量，可以建立FPSO须考虑浅水效应的WDL/T数据库；在工程设计中，仅需根据FPSO的各项设计参数，即可在数据库中查找其须考虑浅水效应的WDL/T。
　　（6）给出了频域和时域内 FPSO触底问题的分析方法，并在时域内计算了满载工况下各FPSO发生触底的WDL/T，30万吨级FPSO的WDL/T为1.04，16万吨级FPSO的WDL/T为1.05，5万吨级FPSO的WDL/T为1.34。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 FPSO概述

1.3 国内外研究现状

1.4 本文的工作内容和创新点

第二章 计算理论

2.1 多刚体动力学理论[28]

2.2 FPSO运动方程

2.3 软刚臂运动方程

2.4 系泊腿运动方程

2.5 铰接点运动方程

2.6 本章小结

第三章 FPSO水动力分析

3.1 水动力模型的建立

3.2 一阶波浪载荷传递函数曲线

3.3 二阶波浪载荷传递函数矩阵

3.4 本章小结

第四章 软刚臂式FPSO动力响应分析

4.1 多体耦合模型

4.2 时域内的耦合动力分析方法

4.3 不同装载下系泊系统载荷分析

4.4 本章小结

第五章 FPSO须考虑浅水效应的临界水深吃水比分析

5.1 三十万吨级FPSO临界水深吃水比计算

5.2 十六万吨级FPSO临界水深吃水比计算

5.3 五万吨级FPSO临界水深吃水比计算

5.4 FPSO临界水深吃水比随吨位变化的规律

5.5 临界水深吃水比数据库概念设计

5.6 本章小结

第六章 FPSO触底分析

6.1 触底分析的方法

6.2 频域内的触底分析

6.3 时域内触底临界水深的计算

6.4 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

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