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。     

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。     

垂荡板对Truss Spar平台垂荡性能的影响分析

为了研究垂荡板对Truss Spar平台垂荡性能的影响,在建立Truss Spar平台垂向波浪载荷计算模型的基础上,基于柯莱根-卡彭特数Kc计算了Truss Spar平台的黏性阻尼,提出了垂荡响应幅值的理论计算方法,并将理论计算结果与AQWA软件的仿真结果进行对比。分析结果表明:2种分析方法下垂荡响应幅值趋势一致,峰值较为接近,而且理论计算方法计算速度明显优于仿真分析方法;基于Kc数的垂荡响应幅值理论计算方法能快速有效地分析设有垂荡板的海洋平台的垂荡响应;黏性阻尼能够有效抑制Truss Spar平台的垂荡响应,在垂荡响应分析中不可或缺,垂荡板贡献的黏性阻尼是总黏性阻尼的主要组成部分。所得结论可为合理确定Truss Spar平台垂荡响应幅值提供参考。     

垂荡板结构参数对半潜式平台运动性能的影响分析

该文结合Truss Spar平台的优点,在传统半潜式平台的底部添加垂荡板结构,通过改变垂荡板的质量、安装水深和面积,利用水动力计算软件AQWA,分别从频域和时域两方面,研究了垂荡板结构参数的变化对半潜式平台运动性能的影响。计算结果表明,垂荡板结构能有效抑制半潜式平台的运动,而且垂荡板的质量越大,安装越深,面积越大,对平台运动性能的改善效果越好。     

垂荡板对Truss Spar平台动力响应的影响分析

随着深海石油开发需求的不断增加,Spar平台的设计制造成为海油工程领域关注的热点。为探究垂荡板结构对Truss Spar平台动力响应的影响,在三维势流理论的动力响应方程的基础上,利用水动力计算软件ANSYS-AQWA,建立Truss Spar平台水动力模型,改变中段部分的桁架式结构中垂荡板的数目,应用频域分析法对附有不同数目垂荡板的TrussSpar平台进行动力响应计算和比较。计算结果表明,垂荡板结构能有效抑制TrussSpar平台的运动,而且垂荡板的数量越多对平台的垂向运动性能的改善效果越好。     

Spar平台垂荡板设计中的关键问题

Spar平台是一种适宜于深海石油的开采、生产、处理加工和储存的平台结构形式。垂荡板是影响Truss Spar和Cell Spar垂荡性能的关键构件。垂荡板的性能及设计已是国际Spar工程和研究的热点之一。介绍了影响Spar平台垂荡板性能的主要因素,以及典型的垂荡板结构和主要载荷。     

Spar平台垂荡-纵摇内共振特性研究

考虑变化的排水体积和初稳心高的影响,建立垂荡一纵摇的耦合运动方程,简化的运动方程是非线性的,采用多尺度法得到了耦合运动方程的一阶定常响应解。运用非线性动力学理论,研究了Spar平台发生垂荡主共振时垂荡一纵摇耦合运动的饱和现象、幅值跳跃现象和解的稳定性等问题,并提出了相关的工程建议。     

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。     

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。     

基于AQWA的Spar基础运动响应分析

通过ANSYS有限元软件建立Spar基础结构模型,运用AWQA软件进行环境荷载下基础的运动响应时域分析,得到了波浪、波流耦合及风浪流联合作用下基础运动响应时域曲线。研究表明:波浪荷载是基础运动响应的主导荷载;波高对基础纵荡和垂荡运动响应影响显著,入射角对基础纵荡、纵摇运动响应影响显著。研究结果为Spar基础在特定环境条件下的选址及应用提供了参考。