深海浮式平台及其系泊缆索的时域耦合分析

发布时间：2023-05-30 20:17

　　平台主体及其系泊缆索的耦合作用分析是深海浮式平台设计开发的关键技术。目前对于平台系统响应的预报多采用准静态或解耦的常规方法，但是随着水深的增加，平台主体与系泊缆索的耦合作用也越明显，这时常规方法已不合适。为了更真实的反应平台运动响应及缆索张力的情况，文中针对深海浮式平台及其系泊缆索时域耦合分析方法的数值实现和复杂海洋环境载荷的影响下平台系统的动力特性做了相关的研究工作。 （1）通过半解析的数值方法计算了典型浮式平台主体的频时域水动力系数，并利用基于三维势流理论的间接时域方法作了时域运动预报。 （2）应用计及缆索几何非线性的有限元分析方法（FEM）完成了深海平台系泊缆索的动力响应分析。对不同物性参数和环境条件影响下的缆索进行了广泛的参数分析，并总结缆索动力响应的相关规律。 （3）阐述了深海浮式平台系统的耦合机理，并自主开发了深海浮式平台系统的时域耦合运动的计算程序。分析了规则波作用下深海浮式平台运动和缆索张力的瞬态及稳态响应的特性。 （4）为了更好地分析浮式平台系统的水动力响应特性和恰当地评估生产安全的可靠性，本文最后考虑真实的随机海浪、风、流作用，研究了极限海况下的波浪谱谱峰参数、低频...

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究的目的和意义
    1.2 深海浮式平台的发展现状
        1.2.1 浮式生产储油系统
        1.2.2 半潜式平台
        1.2.3 张力腿平台
        1.2.4 立柱式平台
    1.3 深海浮式平台的水动力计算综述
        1.3.1 浮体的三维频域数值计算
        1.3.2 浮体的三维时域数值计算
        1.3.3 系泊缆索的动力分析
        1.3.4 深海浮式平台系统的耦合分析
    1.4 本文的主要工作
第2章 浮式平台环境载荷的基础理论及数值方法
    2.1 概述
    2.2 波浪对浮式平台的作用
        2.2.1 波浪理论
        2.2.2 基本假定与坐标系定义
        2.2.3 控制方程和定解条件
        2.2.4 速度势的数值求解
        2.2.5 波浪作用力
        2.2.6 Morison 公式
        2.2.7 浮式平台的运动方程
    2.3 风对浮式平台的作用
    2.4 海流对浮式平台的作用
    2.5 平稳随机过程的反向检验
    2.6 数值算例
        2.6.1 JipSpar 和半潜式平台的频时域水动力系数
        2.6.2 FPSO 的线性时域运动预报
    2.7 本章小结
第3章 深海平台系泊缆索的动力分析
    3.1 概述
    3.2 缆索的基本控制方程及边界条件
    3.3 几何非线性有限元表达
    3.4 缆索运动方程的动力计算
    3.5 数值算例
        3.5.1 缆索静态位形和张力的验证
        3.5.2 缆索动张力计算的验证
        3.5.3 缆索非线性动力特性的参数分析
    3.6 本章小结
第4章 规则波中 Spar 平台的时域耦合分析
    4.1 概述
    4.2 浮式平台及其系泊缆索的耦合运动理论
        4.2.1 浮式平台与缆索构件的连接
        4.2.2 浮式平台系统的时域耦合动力分析方程
    4.3 数值算例
        4.3.1 深海平台及其系泊缆索和环境参数
        4.3.2 平台运动固有频率的确定
        4.3.3 平台和系泊缆索的瞬态响应分析
        4.3.4 平台和系泊缆索的稳态响应分析
    4.4 本章小结
第5章 极限海况下 Spar 平台的时域耦合分析
    5.1 概述
    5.2 风、浪、流环境参数及数值模拟验证
        5.2.1 南海台风海况的极值参数
        5.2.2 随机海浪和时变风的反演验证
    5.3 随机海浪谱的谱峰参数对平台响应的影响
    5.4 时变风对平台响应的影响
        5.4.1 平台结构的风载荷计算参数
        5.4.2 不同形式风载荷作用下平台系统的响应分析
    5.5 系泊缆索的断裂对平台响应的影响
    5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢



本文编号：3824967