海洋平台水动力系数反演方法及实验研究

发布时间：2020-06-17 05:47

【摘要】：海洋平台是一类为开发和利用海洋资源提供海上作业与生活场所的海洋工程结构物。近年来,由于世界各国对海洋资源的日益重视,海洋开发事业迅速发展,海洋平台的需求量越来越大,海洋平台设计的安全可靠性的要求也越来越高。波浪荷载是海洋平台设计的重要环境荷载之一,工程设计中大多数海洋平台上的波浪载荷采用莫里森方程来计算,莫里森方程计算波浪力的关键在于水动力系数的选取,而规范中系数的选取多来自经验或实验,并不能准确反映出计算平台所处海况下的情况,因此反演出当前海况下的水动力系数对平台安全设计具有重要意义。本文主要面向工程实际问题,对海洋平台水动力系数的反演方法进行了研究,并利用实测数据对西江23-1导管架海洋平台所处海况下的水动力系数进行了反演,具有重要的工程应用价值。本论文研究的主要工作: 1)当在频域内进行载荷反演时,针对在自振频率附近频响函数矩阵出现病态的情况,提出了基于频谱特征的载荷反演方法,该方法适合于载荷谱特征已知的情况。数值算例通过比较验证了该方法的优越性。 2)在线性波情况下对圆柱形结构响应施加了白噪声之后频域内对水动力系数进行识别。根据谱分析的方法,考虑线性波前后桩腿相位差的影响,比较了单个频点反演与采样频率内利用对频率取矩法反演结果的准确度,结果表明在已知波浪谱的情况下利用矩来进行反演识别有明显的优越性。 3)将模型简化的思想应用到海洋平台水动力系数反演中去。根据位移同步性假设将海洋平台结构划分为若干个同步性区域,然后用准刚体模态去等效每个区域的位移模式,得到简化模型,并对简化模型进行变形修正,得到更为精确的简化模型。通过这个简化方法对海洋平台结构进行自由度减缩,利用简化后的模型对水动力系数进行反演,并对载荷反演中的病态问题进行了探讨,同时给出了反演结果的评估方法和反演中测量数据的选取依据。 4)根据海洋平台实测数据对实际流场中的水动力系数进行了反演。针对监测项目内容参与研发了相应的监测设备,利用测得的载荷和海况对水动力系数进行了反演。并用反演的结果和测得的海况来计算海洋平台的结构响应,与实测结构响应相比较来验证反演结果,结果证明用现场实测数据反演的水动力系数值是正确的。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：P75
【图文】：

载荷图,地理位置图,平台结构,数据图

该项目以西江23-1平台（图1.1 所示）为依托，监测了平台所处的海况、结构响应和测力套筒段的波浪力，利用测得的数据进行了相应的分析计算。西江 23-1 平台为中国海洋石油总公司在建的导管架石油钻井平台结构，坐落在中国的南海珠江口盆地，在香港东南方约 120km，附近海域深 90 多米，由于其所处的地理位置，该平台所受控制载荷主要是波浪载荷，因此准确计算出平台所受的波浪载荷对于平台强度分析、

数据图,水深图,尺寸图,观测平台

海洋平台水动力系数反演方法及实验研究4图1.2DC 与Re和KC的关系图1.3MC 与Re和KC的关系1979年Bishop分析了1976年在Christchurch湾的观测塔[12]上所测得的数据，得出DC =1.0，MC ≈1.85，观测时的雷诺数Re≈105~106，KC=2~30。1979年美国Exxon石油公司在墨西哥湾进行了一个大比尺的原型观测[13]，观测平台的尺寸为6.1m×12.2m×36.8m，位于水深为20.1m的海域。结论如下：1、当KC数小于20时，DC 与MC 的数据十分分散

【参考文献】