新型可移动桶形基础平台下沉上浮过程半物理仿真研究

摘要

海洋边际油田开发是当今世界海洋高新技术的重要领域,已受到国际石油界的广泛重视.论文提出在平台的开发过程中采用半物理仿真的设计思想,即用计算机模型来模拟海洋环境中的实际平台,并围绕平台下沉上浮过程半物理仿真所涉及的有关技术问题展开研究.论文首先确定了平台的型式和结构参数,它们在很大程度上决定了平台的性能.波浪载荷是作用在平台上的最主要载荷,论文首先建立了波浪的Longuet-Higgins模型和双叠加法模型,然后利用波浪理论求出作用在平台上的波浪载荷,从而方便地实现各种海况的模拟而不受时间地点等因素的限制.论文圆满完成了课题的预定目标,并在以下几个方面有所创新:首先,对可移动桶形基础平台的平台型式、结构参数、平台稳定性、灌注水的调平能力、平台下沉上浮控制等若干重要问题进行了研究.其次,将RAN网络成功应用于波浪载荷的重构上,满足了实时需要.最后,首次将半物理仿真技术应用于海洋平台设计开发领域,提出了平台下沉和上浮的控制策略,并通过试验进行了验证.

目录

文摘

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常用符号及其说明

第一章绪论

1.1海洋边际油田开发

1.1.1海洋石油开采的特点及常用钻采设备

1.1.2近海边际油田的开发现状

1.2桶型基础平台研究

1.3半物理仿真技术研究

1.4课题的意义及研究内容

1.4.1课题的意义

1.4.2研究内容

第二章平台选型及参数设计

2.1桶形基础平台概述

2.1.1引言

2.1.2平台工作原理

2.1.3桶型基础平台的优点

2.2桶形基础

2.2.1概述

2.2.2吸力锚的特点

2.2.3桶形基础受力分析

2.3平台尺寸设计

第三章平台静力学分析

3.1平台初稳性分析

3.1.1概述

3.1.2平台稳性计算

3.2灌注水调平能力的分析

3.2.1增加载荷后的稳心高

3.2.2在水平面方向任意移动载荷引起的倾斜角度

3.2.3横倾角和纵倾角之间的耦合及注水量的确定

3.3平台的复原力矩

3.3.1复原力矩

3.3.2减摇装置

第四章平台动力学分析

4.1浮式结构在波浪中的运动

4.1.1简单谐波载荷的反应

4.1.2圆柱体在海浪中的升沉运动(垂荡运动)

4.2附加质量及阻尼系数确定

4.2.1虚质量原理

4.2.2附加质量系数

4.2.3阻尼的线性近似方法

4.3平台动力学建模

4.3.1切片理论与线性理论

4.3.2平台的垂荡运动

4.3.3平台的纵摇和横摇运动

4.4平台动力学方程的解

第五章海洋环境载荷建模

5.1海洋环境概述

5.1.1风载荷

5.1.2波浪载荷

5.1.3海流

5.2海浪的三维仿真研究

5.2.1前言

5.2.2海浪模型

5.2.3频谱及方向谱的选取

5.2.4海浪模型的3D仿真实现

5.3波浪力计算

5.3.1 Morrison方程

5.3.2横向力分析

5.4 RAN网络及其应用的研究

5.4.1前言

5.4.2 RAN网络及其算法

5.4.3 RAN网络的讨论

5.4.4仿真实例

5.4.5结论

第六章半物理仿真研究和实验

6.1半物理仿真技术

6.1.1前言

6.1.2半物理仿真的概念极其与相关学科的关系

6.1.3半物理仿真系统的构成及其关键技术

6.2 Windows环境下的实时数据采集与控制

6.2.1前言

6.2.2针对硬件的编程

6.2.3 Windows中的高精度定时

6.2.4结论

6.3 DIRECTX编程

6.3.1 DirectX概述

6.3.2 DirectDraw

6.3.3 Direct3D

6.4可移动桶形基础平台的半物理仿真

6.4.1平台半物理仿真构成

6.4.2平台实验系统

6.5平台下沉和上浮控制研究

6.5.1 PID控制器

6.5.2自组织模糊控制器

6.5.3平台下沉和上浮控制

6.6平台的部分仿真及实验曲线

6.6.1试验平台部分仿真曲线

6.6.2平台部分试验曲线

6.7平台倾斜角趋势项确定

6.7.1引言

6.7.2回归直线方程的求取

6.7.3趋势项确定

第七章结论与展望

7.1研究工作总结

7.2存在的问题及发展方向

在攻读博士学位期间撰写的相关论文

致谢

实验照片

参考文献