FPSO储油轮与半潜式平台波浪载荷三维计算方法研究

发布时间：2022-08-02 10:09

　　在海洋工程技术研究领域，结构物的波浪外载荷计算一直是一个热点方向。本文的主要目的是基于三维水动力理论，研究并提出一套适合FPSO储油轮和半潜式平台的，从浮体湿表面网格自动划分、线性波浪载荷计算、非线性波浪载荷计算到结构强度直接分析的完整解决方案。为此，文中着重在下列几个方面进行了探讨。 首先，采用累加弦长的三次参数样条函数与解析方法相结合的方式，提出了一种可广泛应用于船舶、FPSO储油轮以及半潜式平台的湿表面网格自动生成方法。为配合非线性方法以及应用扩展的边界积分方法去除不规则频率对网格的特殊要求，提出了在上述网格生成方法基础上对网格进一步处理的可行方案。 其次，基于三维线性势流理论，在频域内建立了求解低速航行和系泊浮体运动和波浪载荷响应的理论模型，并采用扩展的边界积分方法消除不规则频率现象。应用悬链线理论计算系泊系统作用于浮体的线性化恢复力，并将其表示为刚度系数和锚链上端位移的函数，进而以刚度系数的形式计入浮体运动方程。对几类船舶和半潜式平台进行了广泛的计算，并与模型试验结果进行了对比分析。针对FPSO储油轮，讨论了锚泊系统对运动和载荷的影响。 再次，研究并提出了一... 

【文章页数】：191 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
第1章 绪论
    1.1 课题研究的目的与意义
    1.2 浮体运动与波浪载荷理论研究综述
        1.2.1 切片理论
        1.2.2 统一细长体理论
        1.2.3 二维半理论
        1.2.4 三维水动力理论
    1.3 浮体砰击与上浪理论研究综述
        1.3.1 底部砰击
        1.3.2 外张砰击
        1.3.3 上浪砰击
    1.4 浮体设计载荷计算与结构强度直接分析研究综述
    1.5 本文的主要工作
第2章 浮体湿表面网格自动生成方法
    2.1 概述
    2.2 几种插值算法的对比与选择
        2.2.1 Akima插值算法
        2.2.2 普通三次样条函数
        2.2.3 累加弦长的三次参数样条函数
    2.3 浮体湿表面网格的自动生成
        2.3.1 船舯网格的自动生成
        2.3.2 艏艉网格的自动生成与封接
        2.3.3 立柱网格的自动生成与衔接
        2.3.4 横梁网格的自动生成与衔接
    2.4 浮体湿表面网格的进一步处理
        2.4.1 处理不规则频率问题时的浮体湿表面网格
        2.4.2 时域非线性计算时的浮体湿表面网格
    2.5 算例分析
        2.5.1 FLOKSTRA集装箱船湿表面网格生成
        2.5.2 文昌号FPSO储油轮湿表面网格生成
        2.5.3 NH5半潜式平台湿表面网格生成
    2.6 本章小结
第3章 浮体运动与波浪载荷计算的三维线性频域方法
    3.1 概述
    3.2 非定常扰动势定解条件的建立和求解
        3.2.1 非定常扰动势的定解条件
        3.2.2 非定常扰动势求解的源汇分布法
        3.2.3 三维水动力系数和绕射势的求解
    3.3 扩展的边界积分法处理不规则频率问题
    3.4 锚泊系统的恢复力
        3.4.1 锚链局部坐标系
        3.4.2 组合锚链的参数描述
        3.4.3 组合锚链的基本关系式
        3.4.4 链端刚度
        3.4.5 组合锚链的恢复力
    3.5 运动方程的建立和求解
        3.5.1 浮体在规则波中的运动方程
        3.5.2 流体静力载荷与流体静力系数
        3.5.3 流体动力载荷
        3.5.4 浮体运动响应的稳态解
    3.6 脉动压力与剖面载荷响应
        3.6.1 浮体湿表面的脉动压力
        3.6.2 浮体剖面载荷响应
    3.7 算例分析
        3.7.1 Wigley数学船型计算分析
        3.7.2 FLOKSTRA集装箱船计算分析
        3.7.3 NH5半潜式平台计算分析
        3.7.4 文昌号FPSO储油轮计算分析
    3.8 本章小结
第4章 浮体运动与波浪载荷计算的三维非线性时域方法
    4.1 概述
    4.2 作用在浮体上的非线性流体载荷
        4.2.1 流体静力载荷
        4.2.2 波浪主干扰力
        4.2.3 波浪绕射力
        4.2.4 辐射力
        4.2.5 锚泊系统的恢复力
        4.2.6 波浪绕射力和辐射力的简化算法
    4.3 浮体非线性运动方程
    4.4 斜浪求解发散问题的处理
    4.5 浮体表面非线性压力和剖面非线性波浪载荷
    4.6 算例分析
        4.6.1 线性时域解和线性频域解的对比验证
        4.6.2 流体力非线性程度分析
        4.6.3 运动及剖面载荷非线性程度分析
        4.6.4 非线性脉动压力与模型试验对比分析
    4.7 本章小结
第5章 浮体砰击与上浪计算方法研究
    5.1 概述
    5.2 底部砰击载荷预报
    5.3 外张砰击载荷预报
        5.3.1 动量砰击理论
        5.3.2 瓦格纳型砰击理论
    5.4 上浪载荷预报
        5.4.1 上浪压力载荷计算
        5.4.2 上浪水高度分布预报的理论基础
            5.4.2.1 明渠非恒定流的基本方程式
            5.4.2.2 圣维南方程组求解的特征线法
            5.4.2.3 溃坝模型
            5.4.2.4 洪水波模型
            5.4.2.5 对上述模型的改进
        5.4.3 上浪砰击的发生条件与上浪载荷计算
    5.5 计及砰击与上浪载荷的浮体非线性运动方程
    5.6 算例分析
        5.6.1 两种模型上浪高度分布计算
        5.6.2 上浪载荷预报方法的验证分析
        5.6.3 文昌号FPSO储油轮上浪载荷计算及对运动与载荷的反馈
    5.7 本章小结
第6章 FPSO储油轮及半潜式平台的设计载荷计算与结构强度评估
    6.1 概述
    6.2 浮体设计载荷计算方法
        6.2.1 设计波方法
        6.2.2 谱分析方法
    6.3 浮体湿表面脉动压力载荷的后处理
        6.3.1 脉动压力的直接计算方法
        6.3.2 脉动压力的间接计算方法
    6.4 压力载荷的施加与结构强度分析
    6.5 算例分析
        6.5.1 文昌号和友谊号FPSO储油轮设计载荷计算分析
        6.5.2 NH5半潜式平台设计载荷计算分析
        6.5.3 压力载荷不同转换方法的对比分析
        6.5.4 转换压力重积分剖面载荷值与原始值的对比验证
        6.5.5 NH5半潜式平台结构强度评估
        6.5.6 友谊号FPSO储油轮结构强度评估
    6.6 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]半潜式平台结构强度分析中的波浪载荷计算[J]. 刘海霞,肖熙.  中国海洋平台. 2003(02)
[2]最优化方法在船舶运动预报中的应用[J]. 宋竞正,秦洪德.  哈尔滨工程大学学报. 2000(04)
[3]船体三维网格的自动生成算法及其图形用户界面的设计[J]. 顾耀林,吴龙周,吴有生.  中国造船. 1999(04)
[4]船舶在波浪中航行时绕射问题的线性时域解[J]. 周正全,张亮,戴遗山.  中国造船. 1993(03)
[5]船舶首部相对运动及甲板上浪的预报[J]. 顾民,缪泉明,顾懋祥.  中国造船. 1993(01)
[6]近水面航行物体绕射问题的时域解[J]. 张亮,戴遗山.  中国造船. 1992(04)
[7]时域Green函数及其导数的数值计算[J]. 黄德波.  中国造船. 1992(04)
[8]外张砰击载荷[J]. 陈智祥,戴仰山.  中国造船. 1991(04)
[9]简单Green函数法求解三维水动力系数[J]. 贺五洲,戴遗山.  中国造船. 1986(02)
[10]船体在海浪中的弯矩[J]. 戴仰山,宋竞正.  中国造船. 1980(03)

博士论文
[1]大型离岸结构的快速三维水弹性分析[D]. 戴愚志.哈尔滨工程大学 2003
[2]船舶运动与波浪载荷计算的非线性方法研究[D]. 秦洪德.哈尔滨工程大学 2003



本文编号：3668325