半潜式海洋平台在风浪载荷联合作用下的一体化动力效应分析

发布时间：2017-04-16 17:10

  本文关键词：半潜式海洋平台在风浪载荷联合作用下的一体化动力效应分析，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着人类对深海资源探索开发的进程日渐加快,各式各样适应于深海工程的钻井平台不断地推陈出新。从长远发展来看,系泊浮式海洋平台无疑是近些年深海开发的热点与重点,其中以半潜式平台为代表,正朝着更大水深、更好经济性、更强适应性的方向飞速发展,同时对其结构和性能提出了更高的要求,目前应用通用有限元软件来分析浮式平台上部高耸塔架动力响应的工作还较少。本文以半潜式平台作为研究对象,利用ANSYS有限元软件对其进行了动力时程分析。本文对各类系泊浮式平台的结构特点、性能优缺点及发展前景进行了对比,介绍了半潜式平台的工作特点和发展趋势,阐述了高耸结构风效应与机理的研究方法和半潜式平台风载荷的研究现状。从工程应用的角度列举了台风风场模型,详细分析了一个完整的风场模型具有的四个方面特征,简要介绍了Monte-Carlo方法的基本思想和原理,并将该方法引入台风风场的极值风速预测中。利用FLUENT软件对半潜式海洋平台上部结构进行了CFD数值模拟,探讨了计算流域的确定、边界条件的选取、湍流模型的选择等问题,计算了在自存状态下海洋平台水平及倾斜时的风载荷,分析了不同倾角对其风压风载的影响,并与实验结果进行对比,验证其精度。利用ANSYS软件建立了半潜式平台主体和锚泊系统的整体耦合有限元模型,计算了静力状态下锚泊系统内力;在随机风载荷和规则波浪载荷数值模拟的基础之上,以我国南海百年一遇海况作为风浪载荷条件,模拟了在风浪联合作用下半潜式平台及其锚泊系统的运动响应。
【关键词】：半潜式平台 ANSYS软件 风载荷模拟 风浪联合作用 动力时程分析
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P75
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-18
• 1.1 课题背景与研究意义11-13
• 1.1.1 课题背景11-12
• 1.1.2 研究意义12-13
• 1.2 半潜式平台研究发展状况13-16
• 1.2.1 半潜式平台概述13-15
• 1.2.2 国内外研究现状15-16
• 1.3 课题来源及主要研究工作16-18
• 1.3.1 课题来源16
• 1.3.2 本文主要研究工作16-18
• 2 海洋台风风场研究18-30
• 2.1 台风概述18-20
• 2.1.1 台风定义与分级18
• 2.1.2 台风结构特征18-19
• 2.1.3 台风多发地区19-20
• 2.2 台风风场模型20-25
• 2.2.1 气团运动平衡方程21-23
• 2.2.2 梯度风压径向分布关系23
• 2.2.3 边界层风速剖面特性23-24
• 2.2.4 边界层紊流特性24-25
• 2.3 台风风场数值模拟25-29
• 2.3.1 Monte-Carlo方法25-26
• 2.3.2 极值风速分布函数26-27
• 2.3.3 极值风速预测27-29
• 2.4 本章小结29-30
• 3 半潜式海洋平台的风载荷数值模拟30-43
• 3.1 CFD数值模拟方法30-34
• 3.1.1 概述30-31
• 3.1.2 控制方程及其离散31-33
• 3.1.3 流场数值计算33-34
• 3.2 海洋平台风载荷的数值模拟34-42
• 3.2.1 模型构建34-36
• 3.2.2 计算流域的确定36
• 3.2.3 网格划分36-37
• 3.2.4 边界条件的设置37-38
• 3.2.5 湍流模型38-39
• 3.2.6 结果对比分析39-42
• 3.3 本章小结42-43
• 4 锚泊系统静力分析43-53
• 4.1 工程背景43-45
• 4.1.1 系泊缆索43-44
• 4.1.2 锚44
• 4.1.3 系泊形式44-45
• 4.1.4 缆索布置方式45
• 4.2 缆索的非线性问题45-49
• 4.2.1 缆索的垂度效应46-48
• 4.2.2 缆索的大变形效应48-49
• 4.3 缆索的有限元分析49-52
• 4.3.1 主要技术参数49-50
• 4.3.2 力学建模50
• 4.3.3 系泊系统内力计算50-52
• 4.4 本章小结52-53
• 5 半潜式平台动力响应分析53-75
• 5.1 半潜式平台有限元模型53-58
• 5.1.1 海洋平台状况53-54
• 5.1.2 目标平台的有限元模型54-57
• 5.1.3 模态分析57-58
• 5.2 风载荷58-64
• 5.2.1 脉动风速时程模拟58-60
• 5.2.2 脉动风载荷时程模拟60-61
• 5.2.3 结构风振响应时程模拟61
• 5.2.4 随机风载荷数值模拟算例61-64
• 5.3 波浪载荷64-67
• 5.3.1 波浪理论64
• 5.3.2 作用在大直径构件上的波浪力64-67
• 5.4 风浪联合作用下的结构动力响应67-74
• 5.4.1 动力时称分析原理67
• 5.4.2 半潜式平台风浪致响应时程分析67-74
• 5.5 本章小结74-75
• 6 结论和展望75-77
• 6.1 研究结论75-76
• 6.2 研究展望76-77
• 参考文献77-81
• 致谢81-82
• 攻读学位期间发表的学术论文82

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