桁架式Spar平台气隙响应研究

气隙是深海Spar平台结构设计所需考虑的关键问题之一。Spar平台是浮式平台,在海洋环境荷载的作用下会发生运动,平台结构和波浪还会相互产生影响,因此在计算气隙时须考虑平台运动和波浪运动的耦合作用。利用数值计算方法对桁架式Spar平台气隙响应的影响因素进行了研究。平台垂荡值是影响气隙响应的主要因素;波浪运动对气隙的影响很大,而平台运动对气隙的影响较小。     

考虑非线性系泊力Truss Spar平台耦合运动分析

Truss Spar广泛地应用于深水和超深水的海洋石油开发中,研究它的运动性能非常有必要。该文研究规则波浪下Truss Spar平台垂荡、横摇以及纵摇耦合6自由度运动特性。考虑平台垂荡频率与纵摇频率的2:1共振关系,采用龙格库塔法求解平台在非线性系泊力下平台的非线性运动响应。同时,考虑瞬时波面升高影响,研究非线性系泊力对平台运动的影响。计算结果表明:Truss Spar平台在考虑系泊力后,纵荡与纵摇响应幅值发生跳跃的临界波高值增大,延缓了跳跃现象的发生,但是不能阻止内共振情况的发生。同时,发现考虑瞬时波面升高影响,平台纵荡与纵摇响应幅值发生跳跃时的临界波高值减小,平台越容易发生内共振现象。考虑瞬时波面升高将导致平台的相对垂荡运动增大,引起平台干舷的剧烈变化,对平台的安全造成影响。     

风浪流中Truss Spar平台耦合动力响应分析

采用时域耦合分析方法,研究了Truss Spar平台浮体/系泊/立管系统在不规则波浪及风流作用下的耦合动力特性问题.比较分析了SCR及TTR两种立管形式对平台浮体运动响应及其系泊张力变化特性的影响,同时还考虑了在极端海况下当有系泊断裂时,平台运动响应及其系泊张力的变化特性.研究表明,在耦合立管后,平台运动响应及系泊张力特性变化明显,特别是耦合TTR时,平台运动响应及系泊张力幅值显著减小.当平台遭遇恶劣海况发生系泊断裂时,对平台运动响应及其系泊系统动力响应特性都会产生显著影响.     

浮式风机平台在规则波和定常风作用下的动力响应分析

使用SESAM软件建立OC3-Hywind 5MW Spar型浮式风机模型,计算了时域内有系泊平台在规则波和均匀定常风作用下的动力响应。通过对时域结果进行谱分析,发现在风和波浪的作用下,系泊平台的运动可分为与锚链和平台固有频率有关的低频部分和与波浪频率有关的高频部分;通过对时域结果进行最大值分析,发现系泊平台的运动是由作用于风机的风力和波浪共同决定的,运动的幅值随着风力和波浪周期的增大而增大。研究成果可为浮式风机的优化设计提供一定的指导,并可为将来的相关试验研究提供参考。     

基于面元法的半潜式平台在波浪中的运动响应与波浪漂移力计算

波浪载荷对半潜式平台的运动响应起决定性的作用，并直接影响平台的总强度。基于面元法对不同浪向角下的半潜式平台的波浪漂移力进行了数值计算，通过RAO曲线和RMS值分析了半潜式平台在波浪中的运动响应，考察面元法在计算半潜平台运动响应与波浪漂移力上的适用性。结果表明，面元法能够获得合理的数值预报结果；半潜平台的运动响应在不同波浪条件下有显著区别，纵荡和横荡响应在短波中较为剧烈，在长波中较为平缓，垂荡运动的峰值大于纵荡和横荡运动响应峰值；波浪漂移力/力矩在不同波浪条件下的差异也是显著的。该结论对半潜平台在波浪中的运动响应与波浪漂移力的研究有一定的参考价值。     

参一强激励作用下的Spar平台非线性纵摇运动响应分析

考虑垂荡运动和波浪激励力矩的双重影响,建立Spar平台参一强联合激励下的纵摇运动方程。应用摄动法求得当垂荡频率与纵摇固有频率比接近2:1时纵摇方程的一阶近似解,并分析了方程零解与定常周期解的运动稳定性。以一座试验Spar平台为例,计算了该平台在长周期涌浪下纵摇运动的时域响应。     

涌浪环境下大型起重船吊装上部组块耦合运动响应模型试验研究北大核心CSCD

针对东海海域涌浪环境,选用“蓝鲸”号起重船为研究对象,开展了系泊情况下吊装上部组块运动响应的水池模型试验研究。采用双峰谱不规则波模拟涌浪,针对不同吊高参数测量起重船和上部组块的耦合运动响应;采用谱分析方法对能量频谱分布特性进行了研究,并与单谱峰波浪下的运动响应进行了对比,揭示了其耦合响应机理。研究发现涌的长周期容易接近上部组块的纵荡自振周期,会引起上部组块的纵荡共振,导致上部组块纵荡运动剧烈,不能满足安全作业的要求。研究成果可为涌浪环境下系泊起重船吊装组块作业提供指导,提高海洋平台的安装施工效率以及作业安全性。     

涌浪环境下大型起重船吊装上部组块耦合运动响应模型试验研究

针对东海海域涌浪环境,选用"蓝鲸"号起重船为研究对象,开展了系泊情况下吊装上部组块运动响应的水池模型试验研究。采用双峰谱不规则波模拟涌浪,针对不同吊高参数测量起重船和上部组块的耦合运动响应;采用谱分析方法对能量频谱分布特性进行了研究,并与单谱峰波浪下的运动响应进行了对比,揭示了其耦合响应机理。研究发现涌的长周期容易接近上部组块的纵荡自振周期,会引起上部组块的纵荡共振,导致上部组块纵荡运动剧烈,不能满足安全作业的要求。研究成果可为涌浪环境下系泊起重船吊装组块作业提供指导,提高海洋平台的安装施工效率以及作业安全性。     

深海半潜式平台的水动力及系泊系统时域耦合分析

该文利用有限元分析软件ANSYS和水动力计算软件AQWA进行了有限元建模和水动力特性研究。考虑复杂的海洋环境载荷,包括随机波浪载荷、风载荷和流载荷的多重作用,浮式平台与系泊缆索之间的相互影响,采用时域耦合的分析方法对深海领域复杂工况下的半潜式钻井平台的水动力性能和系泊性能进行了分析。研究结果表明,规则波频域下,在纵荡、横荡、垂荡、横摇、纵摇、艏摇各方向上,附加质量和附加阻尼随着波浪频率的增加,呈现先增大后减小的趋势,但局部均有起伏,平台在高频波浪区域内运动性能表现良好,响应幅值较小。同时,通过将浮式平台和系泊系统进行时域耦合分析,得出在环境力入射角为45°时,平台运动响应的幅值和系泊系统缆索的最大张力符合规范要求。     

6 MW新型浅水浮式风力机概念设计和运动响应分析

为使浮式风力机向浅海水域拓展,结合Spar与Semi平台的特点,提出适用于南海浅水水域的新概念浮式风力机平台。运用NREL_FAST软件建立浮式风力机系统气动-水动-锚链-弹性-伺服耦合的非线性动力学分析模型,采用叶素-动量理论计算气动载荷,采用势流理论和莫里森黏性阻尼修正方法计算水动力载荷,采用三维有限元法计算锚链系统载荷,在风、浪、流环境载荷作用下研究不同风浪夹角下新概念浮式风力机运动响应性能。结果表明：6 MW新概念浮式风力机在南海50 m水深水域中支撑6 MW风力机运动响应良好;浪向角改变对纵荡运动影响较大,对纵摇、艏摇和垂荡运动运动有一定影响。新概念浮式风力机在南海50 m设计海域运动性能良好。     

基于船体RAO和波浪耦合下的钻杆安装力学分析

为了研究船体纵荡、升沉及纵摇运动对钻杆力学性能及下放结构物横向偏移的影响,建立了简单的钻杆力学模型,基于API实例中的钻井船RAO,将波浪引起的船体运动简化为3个自由度的简谐运动,利用有限元软件分析了钻杆所受应力及下端偏移量受钻杆上端船体运动与波浪参数的影响。分析结果表明:船体的纵荡运动主要影响下放结构物的横向偏移量,纵摇运动主要影响钻杆所受最大应力,升沉运动对二者的影响甚微;钻杆所受最大应力及下端结构物横向偏移量随浪高的增加一致增大,在实际工程中应重点考虑恶劣天气下的波浪高度,避免不必要的损失和事故。所得结论可为借助钻杆安装水下结构物的工程应用提供参考。     

S-Spar平台方案设计及水动力性能研究

针对我国南海特殊的环境条件,结合Classic Spar和Truss Spar平台的优点,设计了一种新型Spar平台--S-Spar平台.S-Spar平台采用圆柱形中央井壁连接软、硬舱,并在连接段的中央井外设置了垂荡板:能够有效避免立管等设施因内波高流速引起的严重的涡激振动,还可以安装更长的浮筒,提供较大的顶张力,因而能适应更大的作业水深.以南海1500 m水深环境条件进行了方案设计和水动力研究.S-Spar平台的有效载荷与Truss Spar平台相当,其圆柱形中央井的承压能力优于Truss Spar平台方形截面中央井;S-Spar平台纵荡、垂荡和纵摇运动的固有周期都远离南海波浪周期范围,且避开了纵摇的不稳定区,因此具有良好的运动性能,适合在南海海域使用.     

分体式平台对接过程中牵引索动态响应分析

采用分体式平台模式,对现有作业水深(50 m)较浅的圆柱形桩腿自升式平台进行升级改造,即在其底部增加一套沉垫式刚性支撑结构,利用对接装置将上分体平台桩腿和下分体支撑桩腿对接,使上、下分体结合成一座沉垫型自升式平台。基于三维时域线性势流理论和Morison理论研究不同环境条件、不同压载模式下平台上分体对接过程中的平衡位置和位移响应,通过时域分析研究牵引索应力分布和位移响应情况;并通过实验室物理模型实验分析不同对接位置牵引索的动态响应。当环境载荷作用力从平台艏部入射时,纵荡对牵引索的位移响应影响最大。随着水深的增加,牵引索的轴向拉力值逐渐减小,竖向偏离角度逐渐减小。分体漂浮状态下牵引索受平台质量影响较大,下分体拖缆受力远小于上分体;一端分体固定时,牵引索牵引力下降明显。牵引索受力震摇幅值受波浪周期和波高影响显著,总的趋势是随着波浪周期和波高的增大而增大。     

Spar平台湿拖运动性能和垂荡板上浪实验研究

为了研究分析湿拖状态下Spar平台的运动性能以及垂荡板上的相对波浪升高,在深水池进行了Spar平台湿拖模型实验。实验中选取了H_s=3.0 m、H_s=5.0 m的不规则波浪以及DNV最大拖航海况作为海洋环境条件,并选择了几个典型的浪向角。通过对实验结果的分析,得到了Spar平台湿拖时在不同海况和浪向下的运动响应以及垂荡板上典型位置处上浪情况的规律,可以为进一步的理论研究和工程实践提供依据。     

3种典型半潜式浮式风机基础水动力性能比较

以现阶段3种典型半潜式浮式风机基础(OC4、Windfloat、Ideol)为研究对象,根据3种浮式风机基础的主要特征,采用AQWA软件建立水动力模型.基于三维势流理论,比较这3种浮式风机基础的水动力性能,在南海不同风、浪、流联合作用下的时域运动响应以及在不同水深下的适应性.得出结论:3种基础的纵荡性能相近;OC4基础...     

基于非线性耦合法的张力腿平台动力特性分析

以南海为目标海域,应用SESAM软件对TLP平台进行了时域非线性耦合分析,验证了平台在环境载荷作用下的运动性能.计算了二阶波浪力的传递函数,结合耦合分析法,评估了二阶波浪力对平台船体、张力腿、立管的影响.比较了完整的二阶传递法和Newman近似法的计算结果.结果证明,Newman近似法在计算深水平台低频慢漂响应时有较高的准确性.     

非线性静水恢复力影响下的海上漂浮式Spar型风机水动力特性

研究非线性静水恢复力对海上漂浮式Spar型风机的水动力特性的影响。通过解析法推导非线性静水恢复刚度系数,并使用AQWA中的非线性模型验证当前推导的解析解的准确性。考虑非线性静水恢复刚度系数,采用编程程序对Spar型浮式风机进行时域分析,将结果与线性静水恢复力作用下的运动响应进行对比,并分析Spar型浮式风机的水动力特性以及静水非线性带来的影响。结果表明：流体静力非线性对浮式风机垂荡响应有显著影响,且这种影响随浮式风机旋转运动增大而增大;在极限海况下,由静水非线性引起的垂荡、横摇和纵摇响应差异为16%~40%,显示非线性静水力在运动响应中应予以重视。     

大型起重船波浪诱导吊索附加动力荷载研究

对蓝疆号起重铺管船在波浪环境下的吊索附加动力荷载进行了研究。运用三维流体动力和统计分析程序,计算了船体和起重机吊头在规则波状况下的运动传递函数和随机海况下的短期响应,推导了吊头运动激励下的吊物运动方程并计算了运动传递函数,得到了海况条件与吊物运动角加速度间的统计关系,并以此计算出波浪诱导船体运动引起的吊索附加动力荷载统计特征值;考虑各种典型的波浪条件,以及船舶吃水、吊重、吊索长度和吊臂位置等影响参数,计算出蓝疆号起重铺管船安全吊装作业的控制参数,对其在海上的吊装安全作业进行了定性和定量分析并提出了建议。文中提出的分析方法与结论适用于各种大型海上起重船的吊装作业。     

超大型FPSO码头系泊设计分析

超大型FPSO码头系泊采用岛式码头系缆布置方案。详细设计阶段对FPSO进行了模型风洞试验,测得FPSO的风、流荷载系数;采用OCIMF规范计算风、流荷载。采用Flory-Remery方法计算过往船舶的船行波对FPSO码头系泊的影响荷载;采用MOSES软件建立了FPSO码头系泊各种工况的分析模型,模拟了驳船、系泊缆绳和橡胶护舷碰垫等的约束,应用非线性时域耦合和准静态分析方法,研究不规则波浪作用下FPSO的运动响应、系泊缆绳拉力和橡胶护舷碰垫上的碰撞力等。为FPSO系泊结构和设备设计、总装码头规划和建设以及系泊作业安全提供了理论依据和技术指导。     

台风环境中典型海上风机结构的动力响应数值分析

基于COMSOL有限元软件,计算分析台风环境中风机结构承受的风荷载、波浪荷载和流荷载,建立典型大直径单桩与导管架基础风机结构简化模型,分析台风极端工况下风机桩基泥面和轮毂点的转角与位移动态响应,为台风环境中海上风机基础选型提供建议。