深水FPSO船体波浪砰击载荷试验和结构分析

某深水浮式生产储卸油装置(Floating Production Storage and Offloading,FPSO)船体设计为超肥大简易折角线型,须校核FPSO船体抗波浪砰击结构强度.基于德国劳氏船级社(Germanischer Lloyd Noble Denton)GL0030/ND Guidelines fo...     

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。     

波流耦合作用对圆筒型FPSO运动响应的影响

采用模型试验的方法研究圆筒型浮式生产储卸油装置(Floating Production Storage and Offloading, FPSO)在不同实验室模拟海流作用下的运动特征,从频域和时域的角度对FPSO运动响应的关键特征进行分析研究。试验以施加等效流力和水池造流两种方式模拟海流。结果表明：满载和压载吃水变化对FPSO运动响应的影响不大;直接施加等效流力除了对六自由度运动平衡位置产生小幅偏移外,对其余运动无明显影响;在波流耦合作用下,即使约化速度小于锁定区间,纵荡幅值仍然显著增大。由于实际环境可能比试验环境恶劣,因此在设计FPSO时应考虑波流耦合作用。在波流耦合作用下,横向运动趋向于分布在更宽的范围内,且振幅更大。波流耦合也会使横摇和横荡的谱峰频率往低频偏移,其低频运动的平均幅值也在波流耦合作用下显著增大,增幅为2倍左右。     

基于VOF模型的平底结构等速入水砰击载荷研究

水下生产装备等大型结构物在下放安装过程中,在穿越飞溅区阶段结构物底部将受到巨大的波浪砰击载荷。为了准确预测结构所能承受的临界波浪砰击载荷,以判断水下装备穿越飞溅区时是否存在潜在危险,通过重叠网格技术模拟二维平底结构等速冲击入水运动,基于有限体积法与VOF模型求解气液两相流动的雷诺时均方程,研究平底结构入水过程中砰击载荷特性,并对结构物入水过程中气液两相流动变化情况进行分析。分析结果表明:平板垂直等速入水时,结构受到的砰击压力随下放速度的增大而增大,所产生的峰值压力也逐渐增大;当平板具有横向移动速度时,不同横纵速度比对砰击压力的影响较小,砰击压力随时间的变化曲线基本相同,仅峰值压力略有差异;入水角度对平板落水时所受的砰击压力影响较大,当入水角度小于4°时,砰击压力随入水角度的增大而减小,当入水角度大于4°时,砰击压力随着入水角度的增大而增大,入水临界角度为4°;平底结构入水全过程中气液两相流动变化情况较为复杂,主要分为形成空气泡、产生气液射流及水面恢复稳定3个阶段。所得结论可为判断水下结构物能否安全穿越飞溅区提供指导。     

深吃水圆筒型核能平台水动力特性与运动响应性能

深吃水圆筒型核能平台的设计吃水与主体直径相近,主尺度特征有别于现有圆筒型海工平台。为探究其性能特点,针对深吃水圆筒型核能平台的水动力特性和时域运动响应展开计算研究。采用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)方法模拟平台横摇和垂荡自由衰减,并基于二次阻尼模型计算相应阻尼因数;基于势流理论计算平台响应幅值算子(Response Amplitude Operator, RAO)和固有周期,并结合南海典型海况对平台的运动响应性能和适用性进行分析评估。结果表明：深吃水圆筒型核能平台垂荡、横摇和纵摇固有周期均长于常见波浪周期;平台纵荡运动主要受二阶波浪载荷影响,低频特性明显;垂荡和纵摇运动受自身固有频率影响较大,垂荡同时表现出波频特性。深吃水圆筒型核能平台总体运动性能良好,适应南海海况,所得结果可为工程应用提供相关参考。