内转塔系泊FPSO耦合动力分析

发布时间：2017-05-01 22:07

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【摘要】：内转塔系泊FPSO是一种浮式多体系统,系统中不仅存在内转塔与系泊缆索的耦合,还存在内转塔与FPSO船体的耦合。FPSO纵荡、横荡及艏摇的固有频率很低,极易在二阶差频力的作用下诱发大幅运动；垂荡、横摇、纵摇的固有频率在波频范围内,易在波频力作用下发生共振。为获得较好的风向标效应,内转塔位置一般靠近艏部。 本文研究目标是研究内转塔系泊FPSO在随机海况下运动及受力响应特点,并分析影响参数对其影响。 本文基于OCIMF规范,计算船体风载荷和流载荷,采用三维势流理论计算作用在船体上的一阶和二阶波浪力。基于多体系统动力学理论建立内转塔与FPSO耦合动力模型和算法,采用集中质量模型建立内转塔与系缆耦合算法,编写Matlab程序并进行了算例验证。最终,基于aqwa软件对内转塔系泊FPSO进行耦合动力分析,并分析影响参数对其影响。 研究发现：FPSO纵荡运动能量主要集中于低频区域；船体垂荡和纵摇运动能量主要集中于波频区域；系缆张力中低频成分和波频成分都很显著。波浪谱峰值周期和峰值因子的变化对FPSO(?)氐频和波频运动影响显著；当峰值周期与船体纵摇固有周期接近时会导致纵摇运动加剧,转塔位置越靠近艏部,系缆垂向运动越剧烈,进而导致系缆动张力增加；由满载向压载转变过程中,FPSO固有周期、系泊刚度、环境载荷发生变化,导致纵荡标准差显著减小,进而导致系缆张力标准差显著减小；在非共线载荷作用下,纵荡方向环境载荷减小,垂荡、纵摇方向环境载荷增加,进而导致纵荡运动标准差减小,垂荡、纵摇标准差增大。本研究对于内转塔系泊FPSO系泊系统设计具有一定的指导意义。
【关键词】：内转塔 FPSO 耦合 动力分析
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U674.38
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-15
• 1.1 概述8
• 1.2 FPSO平台简介8-9
• 1.3 FPSO系泊方式简介9-12
• 1.3.1 单点系泊9-11
• 1.3.2 多点系泊11
• 1.3.3 动力定位11-12
• 1.4 内转塔FPSO动力分析研究现状12-13
• 1.5 本文主要研究内容及意义13-15
• 2 FPSO环境载荷及水动力系数计算15-34
• 2.1 风载荷15-16
• 2.2 流载荷16
• 2.3 波浪载荷16-23
• 2.3.1 线性波理论16-18
• 2.3.2 一阶波浪力18-20
• 2.3.3 二阶波浪力20-23
• 2.4 FPSO频域水动力系数计算23-33
• 2.4.1 水动力模型24
• 2.4.2 计算结果24-33
• 2.5 本章小结33-34
• 3 内转塔与FPSO耦合动力分析34-63
• 3.1 多体系统动力学建模34-49
• 3.1.1 坐标系及坐标变换34-36
• 3.1.2 刚体的姿态坐标36-38
• 3.1.3 刚体的角速度和角加速度38-40
• 3.1.4 刚体笛卡尔运动学方程40-46
• 3.1.5 刚体笛卡尔动力学方程46-49
• 3.2 多体系统动力学数值解法49-59
• 3.2.1 解耦ODAE方法49-56
• 3.2.2 LU分解缩并法56-59
• 3.3 验证算例59-62
• 3.4 本章小结62-63
• 4 系缆张力计算方法63-81
• 4.1 集中质量法模型63-64
• 4.2 系缆静态张力计算方法64-66
• 4.3 系缆动态张力计算方法66-73
• 4.3.1 系缆分段上的流力66
• 4.3.2 系缆边界条件66-67
• 4.3.3 系缆初始条件67
• 4.3.4 系缆动态张力数值解法67-72
• 4.3.5 系缆顶端张力计算方法72-73
• 4.4 单根系缆静态构型计算73-74
• 4.5 单根系缆动态张力计算74-80
• 4.6 本章小结80-81
• 5 内转塔系泊FPSO耦合动力分析及影响因素分析81-93
• 5.1 内转塔系泊FPSO耦合动力分析82-83
• 5.2 影响因素分析83-92
• 5.2.1 谱峰周期84-85
• 5.2.2 峰值因子85-87
• 5.2.3 转塔位置87-89
• 5.2.4 装载状态89-90
• 5.2.5 载荷方向90-92
• 5.4 本章小结92-93
• 结论93-94
• 展望94-95
• 参考文献95-98
• 附录A 10种时域分析软件98-99
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况99-100
• 致谢100-101

【参考文献】

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本文编号：339723