新型深海系泊缆的动力特性研究

发布时间：2020-05-23 04:51

【摘要】：为了满足现代工业日益增长的能源需求，，油气开发向深海领域发展已成为一种必然趋势。单柱式(Spar)平台被公认为最具发展潜力的新一代深海平台型式，但由于处于复杂多变的海洋环境中其系泊系统会产生较为显著的动力响应，威胁到平台的作业安全。Spar平台系泊系统通常有半张紧的钢悬索系泊系统和绷紧的新型复合材料系泊系统两种。 论文首先对Spar平台单根分段式悬链线系泊索非线性系泊力计算方法进行了分析，得到了不同预张力下的缆索张力和顶端位移之间的关系曲线，并与参考文献结果进行了对比，二者相当吻合。 研究型如Spar的深海平台水动力性能，通常需要借助混合模型试验方法，该方法的首要工作是优化设计出等效的截断水深系统。 论文对等效水深截断系统优化设计进行了深入研究： 首先，以一个工作水深为1500m的Spar平台为例，对该平台半张紧钢悬索系泊系统在356m水深处进行截断并选用三种改进的智能优化算法对等效水深截断系统进行了优化计算。数值试验结果表明，设计出的等效水深截断系统可用于模型试验中，且改进后的三种优化算法在处理多维复杂混合离散变量优化问题时寻优能力强且精度较高。此外，结合算例对等效水深截断系统设计的关键环节即初始截断系统的设计和优化变量上下限范围的确定进行了详细的阐述，算例结果证明本文所采用的方法是高效可行的。 其次，基于等效水深截断系统设计的理论及智能优化算法的研究，自主开发了集成六种智能优化算法的等效水深截断系统优化软件平台PODD。 较之于半张紧的钢悬索系泊系统，新型绷紧式系泊系统承载能力更强、系泊半径更小、工作海域更深且制造安装成本更低，但纤维系缆具有复杂的非线性特性，当对系缆施加循环载荷时，其轴向刚度受到系缆平均张力、张力变化幅值和周期等因素的影响。对系缆动刚度的处理，是分析新型绷紧式系泊系统动力响应的重要基础。 本文对循环载荷下聚酯纤维缆动刚度计算方法进行了分析和改进，引入了理论计算方法，并编制了C++程序，计算了一个工作于1500m水深的Spar平台纤维缆动刚度，将理论计算结果与有限元数值计算结果进行了对比，发现二者相当吻合。 开发了求解单根纤维缆张力-位移特性和新型绷紧式系泊系统总水平恢复力-位移特性及总垂直恢复力-位移特性的计算机程序。考虑了不同海底锚系点高度对单根系缆张力-位移特性的影响。对海底弹性基础建立了等效弹簧模型，并基于此模型，研究了海底弹性基础对单根系缆张力-位移特性和系泊系统总水平和总垂直恢复力-位移特性的影响，得到了一些有意义的结论。这为以后深入研究Spar平台新型系泊系统的动力响应提供了一定的理论依据。
【学位授予单位】：中国计量学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：U653.2;P751

【参考文献】

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1 张火明;杨建民;张承懿;;多成份缆索静力特性测量及调整[J];船舶工程;2006年06期

2 王宏伟;罗勇;马刚;胡开业;;深水半潜式钻井平台纤维材料系泊方案研究[J];船舶工程;2010年03期

3 潘斌,高捷,陈小红,陈家鼎;浮标系泊系统静力计算[J];重庆交通学院学报;1997年01期

4 张星会;白富生;;一种求解混合离散优化问题的禁忌微粒群算法[J];重庆师范大学学报(自然科学版);2011年02期

5 乔东生;欧进萍;;深海半潜式平台锚泊系统等效水深截断模型试验设计[J];东南大学学报(自然科学版);2009年S2期

6 韩俊伟,姜洪洲;用于航海模拟的六自由度并联机器人的研究[J];高技术通讯;2001年03期

7 张火明,杨松林;用定时器实现复杂计算过程的实时显示[J];华东船舶工业学院学报(自然科学版);2002年03期

8 张火明,杨建民;变尺度混沌优化方法的改进及应用[J];华东船舶工业学院学报(自然科学版);2004年04期

9 宁国忠;孟科;颜学峰;钱锋;;改进的粒子群算法及其在软测量建模中的应用[J];华东理工大学学报(自然科学版);2007年03期

10 张火明;杨建民;肖龙飞;;混合模型试验等效水深截断系统优化设计研究[J];海洋工程;2006年02期

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1 黄维;新型深水系泊系统非线性循环动力分析[D];天津大学;2009年

本文编号：2677177