新型半潜式平台的运动特性研究及整体强度评估

发布时间：2017-08-18 04:27

  本文关键词：新型半潜式平台的运动特性研究及整体强度评估

  更多相关文章： 新型半潜式平台 非对称浮筒 水动力性能 运动响应 整体强度 设计波法 大倒角设计

【摘要】：随着人类对石油天然气的需求日益增大,陆地油气的存储量正急剧下降,人类逐渐将目光转向海洋油气资源开发。半潜式平台由于其超大的甲板空间、良好的运动性能和定位能力、以及足够大的可变载荷,逐渐成为海洋油气田勘探开发的主流工具之一。本文的研究对象是一座新型半潜式起重／生活平台,该平台在结构设计上有很大的创新,平台的浮筒一大一小,对应的两组立柱也是一大一小,因此结构关于中纵剖面是非对称的；另外该半潜式平台没有横撑结构。本文通过对该平台进行水动力性能、运动响应以及整体强度的数值分析,研究了其在波浪载荷作用下的运动特性和整体强度特点。首先,建立了该新型半潜式平台和两座对照传统式半潜式平台的水动力模型,针对三座半潜式平台开展了频域的水动力性能研究,分析并比较了新型非对称无横撑半潜式平台与传统的对称无横撑和对称有横撑半潜式平台水动力性能,发现了新型半潜式平台水动力性能的特点。研究结果表明,该新型半潜式平台存在垂荡-横摇/垂荡-纵摇耦合现象：并且,对于双浮筒半潜式平台,如果两个浮筒或各个浮筒的首尾存在尺寸和形状上的差异,平台的运动将发生垂荡.横摇或垂荡纵摇耦合现象,且浮筒形状和尺寸的差异越大,耦合现象越明显。当0。浪向时,新型半潜式平台在纵荡、纵摇和垂荡的一阶波浪载荷和传统半潜式平台的非常接近,但是在横荡、横摇和艏摇方向的一阶波浪力(力矩)比对称传统半潜式的量级大很多。其次,作为新型的半潜式起重／生活平台,特别要防止起重过程中侧翻和倾覆发生,因此对横摇和纵摇的运动幅值有严格要求。基于水动力性能分析结果,对该新型半潜式平台在风、浪、流环境载荷作用下的运动响应进行了研究。分析了不同浪向和不同波浪周期的波浪作用下.该新型平台的运动响应特点。研究结果表明：平台六自由度运动中除了垂荡运动,其他五个自由度的运动均对浪向敏感；垂荡一横摇耦合对平台的横摇运动响应影响非常明显,但是垂荡一纵摇耦合对平台纵摇运动响应的影响非常微小。最后,新型半潜式平台独特的结构形式,使得其整体强度特点有别于传统半潜式平台。本文基于设计波法对该新型半潜式平台的整体强度进行了研究。分析了不同特征工况下该新型平台的应力分布,同时对比分析了该新型半潜式平台与一座具有横撑结构的对照平台整体强度结果。研究结果表明：该新型平台立柱与横向甲板连接区域,以及立柱与浮筒连接拐角区域最可能出现最大等效应力；立柱与甲板连接区域的大倒角设计对提高结构的整体强度非常有效。
【关键词】：新型半潜式平台 非对称浮筒 水动力性能 运动响应 整体强度 设计波法 大倒角设计
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE951
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 1 绪论12-24
• 1.1 研究的背景和意义12-13
• 1.2 深海浮式平台结构13-16
• 1.2.1 半潜式平台13-14
• 1.2.2 张力腿平台14
• 1.2.3 Spar平台14-15
• 1.2.4 浮式生产储油平台(FPSO)15-16
• 1.3 国内外研究现状16-21
• 1.3.1 运动性能研究现状16-17
• 1.3.2 浮式平台强度研究现状17-18
• 1.3.3 新型半潜式平台研究现状18-21
• 1.4 新型非对称无横撑半潜式平台21-22
• 1.5 本文的主要工作和创新点22-24
• 1.5.1 本文的主要工作22-23
• 1.5.2 本文的创新点23-24
• 2 新型非对称无横撑半潜式平台24-30
• 2.1 新型半潜式平台功能介绍24-25
• 2.2 新型半潜式平台与传统半潜式平台结构形式对比分析25-27
• 2.2.1 一大一小的浮筒和立柱设计26-27
• 2.2.2 无横撑结构设计27
• 2.2.3 立柱与甲板接触处大倒角设计27
• 2.3 新型平台结构设计中所需要考虑的功能因素27-29
• 2.4 本章小结29-30
• 3 新型半潜式平台的频域水动力性能分析30-57
• 3.1 引言30
• 3.2 水动力性能频域分析理论基础30-35
• 3.2.1 波浪理论30-32
• 3.2.2 波浪对浮式平台的作用32-35
• 3.3 水动力模型35-38
• 3.4 新型半潜式平台水动力性能的频域计算及分析38-55
• 3.4.1 附加质量和辐射阻尼38-42
• 3.4.2 运动响应幅值RAO42-48
• 3.4.3 一阶波浪荷载传递函数(RAO)48-52
• 3.4.4 二阶平均漂移力传递函数(RAO)52-55
• 3.5 本章小结55-57
• 4 新型半潜式平台时域耦合运动响应分析57-79
• 4.1 引言57
• 4.2 平台与系泊系统时域耦合运动控制方程57-58
• 4.3 作用于平台系统的环境载荷58-62
• 4.3.1 波浪载荷58-61
• 4.3.2 风载荷61
• 4.3.3 海流对平台的作用61-62
• 4.4 时域耦合运动响应的数值模型62-63
• 4.5 时域耦合运动响应的研究分析63-77
• 4.5.1 自由衰减测试65-67
• 4.5.2 不同浪向作用时平台的运动响应67-71
• 4.5.3 不同周期波浪作用下的运动响应71-77
• 4.6 结论77-79
• 5 新型半潜式平台的整体强度分析79-101
• 5.1 引言79
• 5.2 新型半潜式平台强度计算模型79-81
• 5.3 新型半潜式平台整体强度分析流程81-91
• 5.3.1 荷载分析81-82
• 5.3.2 设计波筛选步骤82-83
• 5.3.3 四种危险工况设计波参数的确定83-91
• 5.4 新型半潜式平台整体强度计算91-100
• 5.4.1 整体强度计算91-98
• 5.4.2 新型平台和对照组平台整体强度结果对比分析98-100
• 5.5 结论100-101
• 6 总结与展望101-105
• 6.1 总结101-103
• 6.2 展望103-105
• 参考文献105-111
• 致谢111-112
• 个人简历112
• 发表的学术论文112

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本文编号：692694