基于小波分析的Spar平台阻尼系数研究（英文）

连续小波分析方法作为典型的时频方法虽已广泛应用于工程界,但在海洋工程领域并未得到大力推广。文章应用连续小波分析方法对海洋工程领域中与Truss Spar平台涡激运动相关的阻尼系数进行求解。通过构建测试信号对这一方法进行数值检验,验证了小波分析方法的可靠性和准确性。利用试验数据,成功将小波分析方法应用于求解Truss Spar平台阻尼系数问题中。结果表明小波分析方法具有较好的可靠性,能够准确求解平台的阻尼系数。     

考虑粘滞阻尼的Truss Spar频域响应分析

联合势流理论与修改的Morison方程,建立波浪作用下的Truss Spar平台运动响应计算模型。波浪激振力与相关水动力信息采用高阶边界元计算方法获得。通过数值模拟得到Truss Spar平台纵荡、垂荡和纵摇RAO,针对Morison阻力系数对响应的影响进行参数分析。计算结果显示,纵荡和纵摇仅在低频部分对阻力系数敏感。因此平台在遭受二阶波浪慢漂力作用时,粘滞阻尼将起到重要作用。对于垂荡方向,由于Truss Spar安装的垂荡板提供了较大的竖向粘滞阻尼,因此垂荡RAO受阻力系数的影响较大。     

深水Truss Spar水动力计算方法研究

为了研究深水Spar平台的运动特性,考虑平台与波浪的相对运动,对一座深水Truss Spar平台进行波浪载荷及运动响应计算。波浪载荷计算中Truss Spar主体和软舱采用3D势流理论计算,而垂荡板、桁架和立管系统采用线性化的Morison公式计算,同时求解中考虑系泊系统的影响。计算结果表明,Spar平台波频运动较小,而低频运动较为显著,其响应幅算子较大。     

Truss Spar平台滑移装船研究

Truss Spar平台是当今Spar平台的主流形式.由于Truss Spar平台主体结构的特殊性,致使其滑移装船工程设计具有一定的特殊性.该文依据NOBLE DENTON指导性文件,从Truss Spar结构特点出发,对与平台装船相关的船舶滑道设计、滑靴设计、系泊设计、调载方案设计、泵和拖拉设备的选型等进行了研究,提出了需要关注的关键性技术问题,为今后Truss Spar平台主体结构的滑移装船设计提供参考.     

新型S-Spar概念设计及时域动力响应分析（英文）

本文概念性地提出了新型Spar平台S-Spar用于深水和超深水海洋油气开发。S-Spar连接软舱和硬舱的是和中央井同尺寸的圆形立柱。有别于传统的经典Spar和Truss Spar,S-Spar有一个细长的中间段,垂荡板安装在中间段增加垂荡阻尼的同时,封闭的中段可以保护立管免受波流荷载。文中介绍了S-Spar的基本概念,进行了频域和时域耦合动力响应分析,并进行了S-Spar连接的顶张式立管的动力响应和VIV疲劳分析,将计算结果和Truss Spar的计算结果相比较,结果显示新型S-Spar能改善平台的水动力性能,同时封闭的中央井对立管起到很好的保护作用。     

Truss Spar平台在船舶碰撞下的数值模拟分析

海洋平台在海上进行工程作业时除了遭受恶劣的环境载荷外,还可能与海上船舶发生碰撞。为探究Spar平台在遭受船舶碰撞后的动力响应,本文选取1座墨西哥湾的Truss Spar平台,运用有限元分析软件Ansys/Lsdyna,建立5 000吨级补给船与Truss Spar平台的有限元模型并模拟碰撞过程,得到船舶在不同速度下与Spar平台碰撞过程中的能量转化情况和船舶撞击力时程曲线,通过对结果的分析得出一般性规律和结论,为Spar平台的设计提供理论参考依据。     

多柱桁架式立柱平台概念设计

在过去的20年中，油气资源的开发不断地向深海方向发展。随着开采深度的不断增加，为了适应深海中较为恶劣的自然环境条件，一些新型的油气资源开采平台不断涌现，如FPSO、半潜式平台、张力腿平台以及立柱式平台（Spar）等。1996年，第一座应用于实际生产的Spar平台（Neptune Spar）在墨西哥湾建成并投入使用，其作业水深为588m。经过10多年的发展，世界上在建或投入使用的Spar平台已达14座，其形式也由第一代传统Spar平台（Classic Spaur）发展为第二代桁架式Spar（Truss Spar）以及第三代多柱式spaur（Cell Spar）。     

基于CFD方法研究月池内部流体对Spar平台垂荡运动的影响

文章采用CFD方法研究了Spar平台月池内部流体对平台垂荡运动的影响.建立了二维和三维的数值水池,并获得了稳定的规则波.针对月池的不对开口率计算了Spar平台的垂荡阻尼系数,分析了月池内部流体的运动特性,并研究了开口率对平台垂荡运动的影响.研究表明,半封闭月池时Spar平台的垂荡阻尼有所增大,月池的开口率影响月池内部流体的运动以及平台垂荡运动的RAOs.在实际中,对月池开口率的优化设计可以适当地降低Spar平台的垂荡运动.     

基于CFD方法研究月池内部流体对Spar平台垂荡运动的影响（英文）

文章采用CFD方法研究了Spar平台月池内部流体对平台垂荡运动的影响。建立了二维和三维的数值水池,并获得了稳定的规则波。针对月池的不对开口率计算了Spar平台的垂荡阻尼系数,分析了月池内部流体的运动特性,并研究了开口率对平台垂荡运动的影响。研究表明,半封闭月池时Spar平台的垂荡阻尼有所增大,月池的开口率影响月池内部流体的运动以及平台垂荡运动的RAOs。在实际中,对月池开口率的优化设计可以适当地降低Spar平台的垂荡运动。     

基于正交设计和CFD模拟的Spar平台螺旋侧板水动力优化设计研究

螺旋侧板能够有效抑制Spar平台涡激运动,为选取较优的螺旋侧板参数,文章基于正交设计理论,采用数值计算方法求解RANS方程,研究侧板螺距比、侧板高度和来流速度等因素对Spar平台横向力系数的影响。采用极差分析法和方差分析法处理计算数据,得到各Spar平台螺旋侧板参数及其交互作用对减涡效果的影响程度。     

连续小波变换在船舶横摇阻尼识别中的应用

考虑到静水横摇衰减试验信号具有有效样本周期较少和信号周期随幅值发生变化等特点,为了高精度地识别船舶横摇阻尼的大小,采用Morlet小波作为连续小波变换的基函数,探讨有效克服边界效应的处理方法,在时频平面内通过相位特性提取小波脊线,并依据小波脊线的幅值和幅角变化规律识别出横摇阻尼参数.通过仿真实例验证该方法的可行性,同时也为船舶横摇阻尼试验提供一种新的识别方法.     

U型水舱结构阻尼对减摇性能影响的数值计算研究

水舱的结构阻尼是影响减摇效果的重要因素之一,目前阻尼最常用的研究方法是模型衰减试验。本文在验证了数值方法准确性的基础上,通过基于VOF方法全尺度CFD数值计算,比较了三种不同阻尼结构的水舱周期和阻尼的变化,并在此基础上进行强迫振荡模拟,对比三种结构的水舱抗摇力矩及其相位的变化,最后本文提出了一种基于数值计算的评估水舱在规则波中减摇效果的方法,结果表明该评估方法能够很好地反映阻尼结构对水舱减摇效果的影响,在水舱的设计中可作为阻尼结构的设计依据。     

海上浮式风机在波浪作用下的动力响应分析

基于三维线性频域势流理论和脉冲响应函数方法计算时延函数与时域波浪力,利用准静定系泊模型来模拟系泊力,利用计算流体力学方法得到粘性阻尼系数,建立了风机在波浪作用下的时域运动方程.论文求解DeepCwind半潜式平台风机的动力响应,计算结果与试验值以及其他数值模拟结果吻合的较好,证明了方法的适用性.     

基于流固耦合模型的拖曳线列阵隔振模块隔振性能分析

为了进一步提高拖曳式声纳的工作性能,必须在声阵模块前、后插入性能优良的隔振模块。利用ANSYS有限元软件建立了拖曳线列阵隔振模块的流固耦合模型,计算了隔振模块VIM(Vibration Isolation Modules)的隔振性能。计算表明了流体、拉力、护套材料阻尼、护套材料弹性模量等对隔振模块的隔振性能都有一定的影响。模型中应充分考虑流体的作用;隔振效果随拉力的增大而减小,护套材料阻尼和弹性模量对隔振效果的影响均与激励频率有关。对于进一步改进和提高隔振模块性能具有参考价值。     

海洋平台相似模型设计及模态实验分析

通过理论分析，研究了材料阻尼对相似模型设计及实验数据分析的影响，在此基础上，设计并建造了海洋平台相似模型，并通过多输入单输出的方法对相似模型进行模态实验，得到其固有频率、空间振型、阻尼比等动力学参数。结果表明，材料阻尼对相似模型的几何尺寸没有影响，对模型的固有频率影响不大，可以忽略；但对模型的动力响应影响很大，在实验数据分析中必须加以考虑；为了方便应用，还给出已知阻尼比和阻尼系数时的转换关系。将模态实验数据与仿真分析结果进行对比，二者符合较好，从而验证了相似模型设计与建造的一致性及实验数据的可靠性。     

Processing method and governing parameters for horizontal wave impact loads on a semi-submersible

Semi-submersible platform has been widely used in offshore oil exploitation due to its excellent performance, but can be attacked by wave impact loads in extreme ocean environments. Determining wave impact loads accurately is of great significance to the design and operation of offshore structures. An experimental study was carried out to investigate the critical governing parameters for the horizontal wave impact loads on a semi-submersible. The wavelet denoising technique and the frequency response function method are employed successfully to remove the effect of noise and dynamic contamination from the experimental data. The strongly nonlinear characteristics of the wave impact load are demonstrated. The results show that wave impact events are governed by the upwell height and upwell velocity. Most major wave impact events occur where both the two parameters are large, and the upwell velocity is more dominant in the wave impact process. In general, larger parameters tend to result in larger peak pressures and higher probabilities of wave impacts. The motion behaviors of the platform are benefit to reduce the occurrence probabilities of wave impact events and maximum impact pressures, owing to the escape velocities following the wave direction and the rotations leading to the above-water structure away from the waves. The insights given in this study provide a motivation and foundation for developing a sophisticated prediction model of the wave impact load on floating platforms.     

环境激励下自升式海洋平台损伤诊断

为探究适用于海洋平台结构的有效损伤诊断方法,针对某自升式平台的比例模型开展环境激励下损伤诊断试验研究。分别采用频域法中的增强频域分解法和时域法中的随机子空间法处理测试数据,提取前三阶的固有频率、振型和阻尼比等模态参数,并结合频率和振型识别结果计算节点柔度矩阵。通过分析平台模型模态参数和节点柔度矩阵的变化率,识别预先设置的结构损伤。试验结果表明,两种模态识别方法均能有效识别环境激励下的平台模型模态参数,其中利用固有频率变化率能够有效判断结构是否产生损伤,利用振型和柔度矩阵的变化率能够实现损伤的准确定位。     

VIV response of a flexible cylinder with varied coverage by buoyancy elements and helical strakes

Many significant engineering challenges have emerged as the petroleum industry has moved their field development and production activities into increasingly deeper water depths. The design of deepwater marine risers presents the combined challenges to minimize top tensioning requirements, mitigate any flow-induced vibrations, and if possible to increase the expected fatigue life of these slender structural members. As part of the design process to achieve these goals external buoyancy modules and strakes have been employed. To gain insight into the complex multi-mode response behavior a recent experimental study was performed and the analysis of selected data sets is presented. In the experiments a horizontal cylinder with a length to diameter ratio of 263 was fitted with a variety of strake and buoyancy element configurations. The models were towed at uniform speeds ranging from 0.4 to 2.0 m/s and fiber optic strain gages were used to measure both in-line and cross-flow strain response. The resulting time series information was processed utilizing the method of time domain decomposition formulated for strain data input and the introduction of modal assurance criterion to resolve the modal strain information that included frequency, mode shape, and critical damping ratio information. The pre-tensioned cylinder without appendages was used as a base case and the results were basically consistent with expectations. In the case of 0.8 m/s low-tension test, multiple closely spaced non-overlapping peaks were observed in both in-line and cross-flow directions and were identified as being of the same mode with mode shapes distorted away from purely sinusoidal behavior. The test data for the 100% coverage by helical stakes demonstrated the effectiveness of that suppression device over the range of current velocities investigated. The most interesting case was that of a staggered combination of helical strakes and buoyancy element whose total for each type of coverage was equal. This effective asymmetric VIV suppression approach is presented and discussed in detail.     

船舶辅机单层半主动非线性隔振系统振动特性分析

文章针对磁流变阻尼器提出了一个简单的修正Bingham模型。基于修正Bingham模型建立了船舶单层隔振系统的非线性动力学方程,通过平均法得到了半主动隔振系统发生主共振时的理论解,并进行了数值验证。结果表明:采用平均法得到的理论解和数值解有很好的一致性;在主共振区:磁流变阻尼器的阻尼和控制力对半主动隔振系统的幅频响应影响都很明显。半主动隔振系统的幅频响应振幅随着阻尼和控制力的增加都显著减小。在非共振区:磁流变阻尼器的阻尼、控制力和零力速度对系统的响应影响都很小。