中国南海深水环境FPSO波浪砰击荷载研究

波浪砰击荷载是船体结构设计的关键要素之一,当前中国在FPSO结构设计方面仍需依赖国外规范,缺乏适用于中国南海深水环境条件的大型船体波浪砰击荷载设计依据。选取中国南海海域实测海洋环境参数,基于光滑粒子法建立了波浪-浮体全耦合数值分析模型,对不同波浪遭遇周期条件下FPSO受到的波浪砰击荷载进行研究,并将数值分析结果与常用规范计算结果进行对比。结果表明,同一波浪周期下,船体所受到的波浪砰击荷载最大值出现在水面线附近且位于船体中线,船体侧面与正面的波浪荷载峰值差别主要在水面线以上较高区域,水面线以上较低区域差值较小;不同规模波浪遭遇周期下,船体所受到的波浪砰击荷载变化规律基本一致,波浪砰击峰值荷载的增加幅度远比波高增加幅度要小。采用DNV和ABS规范计算的砰击荷载值约为本文模拟值的3倍,规范相关系数取值过于保守。因此,当以DNV规范作为设计标准时,中国南海深水环境中大型船体的波浪砰击荷载系数建议取值7～8;当采用ABS规范作为设计标准时,波高安全系数β建议取值0.6～0.7。研究结果可为南海深水环境FPSO波浪砰击荷载安全系数取值提供参考。     

基于BCALoD的FPSO软刚臂系泊系统疲劳分析

针对软刚臂系泊系统铰节点在服役过程中出现的疲劳损伤问题,提出一种基于原型监测和局部密度双向聚类算法（Bidirectional Clustering Algorithm based on Local Density,BCALoD）的疲劳寿命计算方法。采用BCALoD算法对获得的船体六自由度进行工况分类,运用多体动力学将运动数据转算为受力时程,将其作为铰节点疲劳寿命分析的载荷谱。采用Abaqus软件建立各铰节点有限元模型以计算热点应力,结合Miner线性疲劳累积损伤理论和雨流计数方法计算疲劳寿命。进一步分析评估基于实测数据的铰节点疲劳设计指标,指出该FPSO软刚臂上铰节点的疲劳寿命不足以支持其完成服役,且各铰节点难以统一维护和更换。本研究可为在役软刚臂系泊系统的疲劳寿命计算提供一种新的载荷处理方法,为未来海洋平台的设计提供参考。     

软刚臂系泊系统的保辛多体动力特性分析

软刚臂单点系泊系统(SYMS)是浮式生产储卸油装置(FPSO)的主要系泊方式之一。作为一个典型的多刚体系统,SYMS通过多个铰结构联合作用释放FPSO的旋转自由度,实现了FPSO的动态定位。本文建立了SYMS的多体动力学模型,针对微分-代数方程组求解过程中的积分困难问题,基于祖冲之类方法的思想构建了保辛数值积分方法,所提出的求解格式具有简单且自动满足哈密顿体系的保辛特性,对非线性系统具有较高的求解精度;选取了2组不同海况下的FPSO六自由度实测数据,计算了SYMS的动力响应及其系泊回复力。计算结果表明,相较于传统静力学设计方法,本文所开展的保辛动力学计算可获得动力特性明显的结构受力状态。对于系泊腿、YOKE等结构位移和受力行为的整体力学分析,可更加全面地评价SYMS的整体工作行为。     

基于实测波频数据的海洋核动力平台多体动力特性评估

基于现有的渤海浮式生产储卸油装置（Floating Production Storage and Offloading,FPSO）实测数据,开展海洋核动力平台（Marine Nuclear Power Platform,MNPP）定位系统多体动力特性分析。建立MNPP定位系统的多刚体动力学模型,通过MNPP与渤海某FPSO的响应幅值算子（Response Amplitude Operator,RAO）,计算FPSO船体实测数据与MNPP响应的比例系数;根据FPSO船体实测数据计算MNPP 六自由度数据,并采用经验模态分解（Empirical Mode Decomposition,EMD）方法保留原始数据的波频成分,在此基础上计算定位系统的系泊回复能力和各铰节点的受力行为。通过与FPSO软刚臂系泊系统受力状态进行对比分析,验证MNPP定位系统在实测海况下设计的合理性。可为MNPP系泊结构设计和安全运行提供科学的分析手段。