一腱断裂下深水张力腿平台非线性动力响应及系泊特性研究

张力腿平台采用特殊的垂直系泊系统,属于半顺应半刚度式平台,平台主体-系泊系统-立管之间的耦合动力响应是张力腿平台设计的关键,直接影响平台的安全性和可靠性。文中首先采用数值模拟和模型试验相结合的手段对一座工作水深为500m的张力腿平台运动响应和系泊特性进行了对比验证,模型缩尺比为1：40,试验在上海交通大学海洋工程国家重点实验室进行,数值计算采用SESAM软件。在试验验证的基础上重点对一腱断裂的前、后平台水动力性能进行了对比分析,重点关注有义波高、特征周期以及浪向角等因素对六自由度运动响应以及张力腿张力特性的影响。     

一腱断裂下深水张力腿平台非线性动力响应及系泊特性研究（英文）

张力腿平台采用特殊的垂直系泊系统,属于半顺应半刚度式平台,平台主体-系泊系统-立管之间的耦合动力响应是张力腿平台设计的关键,直接影响平台的安全性和可靠性。文中首先采用数值模拟和模型试验相结合的手段对一座工作水深为500m的张力腿平台运动响应和系泊特性进行了对比验证,模型缩尺比为1:40,试验在上海交通大学海洋工程国家重点实验室进行,数值计算采用SESAM软件。在试验验证的基础上重点对一腱断裂的前、后平台水动力性能进行了对比分析,重点关注有义波高、特征周期以及浪向角等因素对六自由度运动响应以及张力腿张力特性的影响。     

南海某FPSO STP单点系泊系统的再评估

本文针对一艘中国南海北部服役的STP(Submerged Turret Production)内转塔单点FPSO在极端环境条件下单点静密封失效问题进行了分析。STP浮筒静密封主要依靠浮筒上端液压大钳的预紧力、浮筒与舱壁的静摩擦力等来抵抗系泊系统的载荷,从而保证浮筒与船体舱壁的紧密贴合。本文进行了新旧百年一遇环境条件作用下系泊系统载荷评估分析,比较结果可以发现：在新的百年一遇条件作用下,单点系泊系统的最大系泊缆张力增加31%,相应地系泊系统作用在锚链盘的平面载荷增加33%,垂向载荷增加12%。进一步地进行了新环境条件下两百年一遇极端环境作用下的系泊系统响应分析,比较结果可以发现：两百年一遇环境条件作用下,平台平面位移、系泊缆最大张力以及系泊载荷均出现了不同程度的增加,此时系泊缆已不能满足系泊系统完整状态的安全系数要求。分析结果表明：该FPSO的STP静密封系统在新的环境条件下存在较大失效风险,有必要对液压锁紧装置进行优化和加强设计,浮筒与舱壁有必要重新进行结构强度评估。     

畸形波作用下半潜式平台的极限生存能力评估

极限海浪可能对海洋平台的安全造成极大的威胁,故合理地评估平台在此海况下的运动响应和系泊缆索的动张力响应对平台设计具有重要意义。文章首先利用新波理论和随机海浪理论建立了畸形波入射波模型。然后利用间接时域方法和非线性有限元法分别建立了平台主体运动和系泊缆索动力响应的求解方程,并根据导缆孔的平衡方程建立了平台主体和系泊缆索的时域耦合运动方程。最后深入分析了某半潜平台在畸形波作用下的运动响应和系泊缆索的动张力响应,对平台的极限生存能力进行了评估。     

内转塔单点系泊系统风险评估与设计维护建议

内转塔系泊系统广泛应用于海洋石油FPSO或液化天然气FLNG中。在我国南海海域油田开发中,内转塔系泊系统发挥了重要作用,并已逐渐成为主要的FPSO系泊方式。本文对"海洋石油111"FPSO内转塔系泊系统的失效模式、主要风险因素等进行了分析。通过风险评估确认了主要风险点,对该系统的设计和维护提出了相应的建议。     

基于Orcaflex的张力腿网箱水动力分析

基于凝集质量法和等效网目法对网衣进行等效处理,利用大型水动力分析软件Orcaflex建立张力腿网箱模型,求解分析在波浪作用,海流作用以及波、流联合作用三种外载荷情况下张力腿网箱浮于水面以及下沉两种工况的网箱系泊缆有效张力变化情况。分析结果可作为张力腿网箱安全建设的理论依据并对张力腿网箱模型在海洋工程中的应用具有一定参考价值。     

平台运动影响下张力腿涡激振动特性研究

张力腿涡激振动易引起系泊系统的疲劳损伤,危害张力腿平台的安全性和可靠性。该文借鉴细长立管涡激振动的相关研究,同时考虑张力腿与立管在截面尺度、预张力大小以及边界条件存在的巨大差距,采用切片理论结合CFD数值模拟方法,对平台运动影响下张力腿涡激振动开展了研究。考虑定常张力与时变张力对涡激振动的影响,采用GAMBIT软件分区建立了多切片计算网格,将编制求解涡激振动的UDF程序嵌入Fluent软件中,采用动网格技术实现流场的更新并计算作用于张力腿上的瞬时升力和拖曳力。文中还比较了仅考虑流和考虑浪、流联合作用张力腿的时变张力影响,研究了两种典型波高共计六种工况,计算结果表明：随着流速的增加,各模态权重比例将发生跳转现象;尽管由于平台运动导致张力腿受力的随机性,但平台运动对张力腿涡激振动影响较小。     

基于稳定性理论的张力腿平台横摇固有周期分析

文章以稳定性理论为基础提出了一种张力腿平台横摇固有周期计算模型,分析了横摇临界角对平台横摇稳定性的影响,并将其应用于分析平台设计参数对横摇固有周期的影响。提出在一个横摇周期里,最后稳定横摇临界角对应的时间历程为1/4横摇固有周期这一假设,基于此假设,编制计算机计算程序,计算横摇运动中每一个横摇角,判断其稳定性,找出一个横摇周期内最后稳定横摇临界角对应的时间历程,求解横摇运动固有周期。考虑两种横摇阻尼情况,计算不同初始横摇角、横摇下沉位移、张力腱长度、平台重量和横摇阻尼的横摇固有周期,论证了平台设计参数对横摇固有周期的影响。该计算模型克服了从结构角度计算固有周期工作量大、计算周期长、计算结果不可靠的弱点,使横摇固有周期计算简单、有效。通过与不考虑横摇阻尼的情况对比,分析了横摇阻尼对横摇固有周期的影响。可以快速计算处于设计阶段或者已服役张力腿平台横摇固有周期。结合一型设计中的张力腿平台,应用文中提出的横摇固有周期计算模型对该平台进行了横摇固有周期的计算,并且分析了平台参数对横摇固有周期的影响。结果表明该方法可以对张力腿平台横摇固有周期进行快速计算。并可推广应用于其它海上结构物的横摇固有周期计算。     

平台运动影响下张力腿涡激振动特性研究（英文）

张力腿涡激振动易引起系泊系统的疲劳损伤,危害张力腿平台的安全性和可靠性。该文借鉴细长立管涡激振动的相关研究,同时考虑张力腿与立管在截面尺度、预张力大小以及边界条件存在的巨大差距,采用切片理论结合CFD数值模拟方法,对平台运动影响下张力腿涡激振动开展了研究。考虑定常张力与时变张力对涡激振动的影响,采用GAMBIT软件分区建立了多切片计算网格,将编制求解涡激振动的UDF程序嵌入Fluent软件中,采用动网格技术实现流场的更新并计算作用于张力腿上的瞬时升力和拖曳力。文中还比较了仅考虑流和考虑浪、流联合作用张力腿的时变张力影响,研究了两种典型波高共计六种工况,计算结果表明:随着流速的增加,各模态权重比例将发生跳转现象;尽管由于平台运动导致张力腿受力的随机性,但平台运动对张力腿涡激振动影响较小。     

FPSO单点系泊钢缆剩余强度评估方法

针对FPSO系泊系统安全性问题,从服役多年系泊系统钢缆的剩余强度入手,建立系泊钢缆的剩余强度评估方法,利用无损检测仪检测系泊钢缆的损伤情况,计算剩余强度。应用水动力软件和系泊分析软件计算系泊系统的极限张力,进而得到系泊钢缆的安全系数,为FPSO生产提供安全保障。     

考虑防波堤失效状况的超大型海洋浮式储油船系泊系统安全性评估

本文首先阐述了建立我国战略石油储备的必要性,选取了超大型浮式储油船作为海上石油储备方式.系泊系统是整个海上储油系统中最重要的设施,对系泊系统的概念、分析、设计和可靠性等作了较详细的描述.用失效概率来评估系泊系统的安全性,是衡量储油系统是否安全的重要手段之一.文中提出了考虑防波堤遭受破坏状况下计算系泊系统失效的数值模拟方法,用时域系泊模拟法求解储油船运动方程并对系泊系统进行了可靠性分析.模拟结果表明,系泊系统的年可靠性为0.999 997.所提出的方法能有效地对超大型浮式储油船系泊系统进行定量的安全评估.     

船舶靠绑作业系统试验模拟与测试技术

风浪作用下船舶系泊靠绑进行补给、救生与货物转运等作业是一个非常复杂的过程,在波浪水池中进行模型试验,了解靠绑作业系统的运动和受力特性,必须考虑每一个细节.本文针对系泊靠绑模型试验,重点介绍了缆绳、碰垫非线性弹性特性和系泊缆绳上补偿力模拟与测试方法,以及靠绑船舶的运动响应测试,并给出了部分模型试验结果.从模拟的缆绳和碰垫弹性曲线及系泊缆绳上补偿力试验结果来看,文中所用的缆绳、碰垫和缆绳上补偿力模拟方法是成功的,非接触式光学运动测量系统能方便地进行靠绑船舶运动响应测试,可以应用于今后其他类似模型试验中去.     

Development of study on the dynamic characteristics of deep water mooring system

To meet the needs of those exploiting deepwater resources, TLP and SPAR platforms are used in some areas and are considered excellent platforms in deep water. However, many problems remain to be resolved. The design of mooring systems is a key issue for deep water platforms. Environmental loads in deep water effect the physical characteristics of mooring line materials. The configuration and analysis of mooring systems involve nonlinearity due to this fluid-solid coupling, nonlinear hydrodynamic forces, and their effects on stability of motion. In this paper, some pivotal theories and technical questions are presented, including modeling of mooring lines, the theory and method of coupled dynamics analysis on the mooring system, and the development of methodologies for the study of nonlinear dynamics of mooring systems. Further study on mooring systems in deep water are recommended based on current knowledge, particularly dynamic parameters of different materials and cable configuration, interactions between seabed and cable, mechanisms of mooring system response induced by taut/slack mooring cables, discontinuous stiffness due to system materials, mooring construction, and motion instability, etc.     

我国战略石油储备船系泊系统安全性评估

用失效概率来评估系泊系统的安全性,是衡量储油系统是否安全的重要手段之一.本文提出了考虑防波堤遭受破坏状况下计算系泊系统失效的数值模拟方法,用时域系泊模拟法求解储油船运动方程并对系泊系统进行了可靠性分析.模拟结果表明,系泊系统的年可靠性为0.999998.所提出的方法能有效地对超大型浮式储油船系泊系统进行定量的安全评估.     

半潜型浮式风机运动特征及系泊系统的研究

近年来海上浮式风机的研究备受关注,安全可靠的系泊系统将保证风机在风、浪、流等复杂环境荷载作用下稳定运行,准确合理地描述风机运动将为评估风机发电效率提供支持。以半潜型浮式风机的系泊系统为研究对象,基于经典悬链线理论,采用准静态分析法提出一套系泊系统的设计方法。通过坐标变换,得到风轮真实的俯仰运动用于计算风机的动力效应及评定其发电效率。采用动力法分析了系泊系统锚链的导缆孔位置、预张力大小、锚链间夹角等参数对风机系统发电效率、浮式平台运动性能和系泊锚链张力的影响,得到了浮式平台迎风面俯仰倾角、水平偏移及锚链张力随参数的变化规律,为半潜型浮式风机系泊系统的设计提供了参考。     

TLP型风力机的空气动力学影响及发电预测(英文)

This research proposes a new offshore wind energy generation system that uses a tension leg platform (TLP) and describes experiments performed on a TLP type wind turbine in both waves and wind. The following conclusions can be made from the results of this research. 1) In the case of coexisting wave-wind fields, the wind effect stabilizes the pitch motion. 2) The wind effect decreases vibration of the mooring lines when waves and wind coexist. In particular, the springing (2nd or 3rd order force) also decreases in this field. 3) It can be estimated that the reduction in the rate of generation of electrical power can be up to about 6% as a result of the heel angle. In addition, the annual amount of electricity generated was estimated along with the utilization factor based on the experimental results.     

引入模糊子集的证据理论在船舶安全评估中的应用

提出了一种结合D-S证据理论和模糊理论的安全评估方法.从实际应用的角度出发,将证据空间中的事件视为模糊子集,通过引入模糊子集,更好地描述了专家意见(或知识),给出了证据函数的表示.最后,结合某船舶系统,给出了安全评估的具体实现过程.结果表明,该方法可靠、有效,具有一定的实际应用价值.     

Response-based analysis for Tension Leg Platform

The typical industry practice for Tension Leg Platform (TLP) design focuses on a conventional short-term design recipe, which assumes that an N-year design environment leads to an N-year response. In the response-based design method, the TLP is designed to withstand N-year responses rather than respond to N-year environmental conditions. In this paper, we present an overview and a general procedure for the response-based design method and use a case study to compare the critical TLP responses between the two methods. The results of our comparison show that the conventional short-term design method often contains an element of conservatism and that the response-based design method can reduce the design conditions and thereby achieve cost savings.