三阶摄动对锚泊线动力分析的影响

本文研究了作用在锚泊线上的水动力表达式中三阶项对锚泊线动力分析的影响。由于慢荡运动的特性,可以认为对于系泊结构物,二阶摄动已经包含运动的主要部分。但水动力的表达式对其平衡位置反对称,在表达式中只有线性项存在。为了研究水动力的非线性是否对锚泊线的动力产生影响,本文推导了三阶摄动方程,并用推导的三阶理论进行了理论研究。对计算结果的分析,可以发现三阶摄动在低频范围内对锚泊线的动力分析影响不大。     

单点系泊海洋资料浮标的动力分析

本文在静力计算的基础上，应用三维势流理论数值计算程序计算浮标体的附加质量（矩）、阻尼系数和所受波浪力。采用美国数据浮标中心（NDBC）提出的分析方法，即将锚泊线动力方程线性化，并考虑到锚泊线与浮标体之间相互耦合的关系，在频率域中对单点系泊浮标进行了动力分析。文中还提出了当锚泊线中间有集中质量（悬挂重量或浮球）时相应的处理方法，因而不仅适用于简单的单点系泊浮标的动力分析，也适用于水平系泊浮标的动力分析。文中对三种典型的海洋资料浮标进行了考核计算，计算结果与试验结果比较有较好的一致性。     

锚泊线一阶运动响应对二阶锚链阻尼的影响

本文主要研究锚泊线的一阶运动响应对二阶锚链阻尼的影响。在频域内采用摄动方法分析系泊结构物慢漂运动时,锚链二阶方程可分解成非齐次方程和齐次方程。其解分别与锚链的一阶运动响应和浮式结构物的二阶运动有关。为了探讨锚泊线一阶运动的影响,本文通过求解非齐次和齐次方程,分别求得相应的二阶锚链阻尼和二阶锚链力。从计算结果可以看出,尽管由非齐次方程得到的二阶锚链力占总的二阶锚链力成分很小,但其所提供的二阶锚链阻尼却与二阶齐次方程解同量级。故在分析二阶锚链阻尼时,不能忽略非齐次方程解的影响。     

单点锚泊船锚链线水平摄动分析

为研究单点锚泊船在外力作用下的低频运动锚链线的恢复性能的问题,利用锚链线的静力特性推导出锚泊线方程,考虑水深、水平位移、单位锚链重与水平作用的关系,同时通过水平作用力与顶端水平位移进行参数摄动分析,以偏微分的方法推导了锚泊线恢复性能系数方程,并结合水平力参数摄动法分析锚泊线的恢复作用性能。计算结果验证了恢复系数具有明显的非线性,所得恢复性能方程及摄动分析结论对工程实践及锚泊(防走锚)预警系统的理论研究具有一定的参考意义。     

锚泊线的动力分析

本文应用频率域方法,研究波频运动引起低频慢荡阻尼力问题中锚泊线所引起的力。锚泊线所引起的阻尼,在本质上与其和运动间的初相位角有关。该相位信息需从频域分析得出。本文应用摄动理论推导了到二阶的锚泊线张力响应函数。算例以及与相应的时域的结果比较,可以看出应用频域摄动分析的结果在假设适用范围内与时域得到的结果基本相符。     

深水二维对称式布置两成分锚泊线时域动力分析

深水作业海上浮式结构物的锚泊定位系统由锚链或锚索等成分进行约束,由于锚泊线的几何非线性,外界环境作用力的非线性和系泊浮体的运动的非线性给锚泊系统的回复力和位移的计算分析带来困难。此外,多种材料成分组成的多成分锚泊线的使用在推动了锚泊系统的深水应用和发展的同时也给锚泊系统的设计带来困难。本文采用设计波理论结合有限元方法进行两成分锚泊线的动力分析,考虑导缆孔处系泊结构物运动的影响。并将结果与单一成分锚泊线计算结果作比较分析,得到有益结论。     

深水半潜式钻井平台锚泊系统技术概述

针对目前国内外海洋石油开发向深海发展的趋势,对深海半潜式平台的锚泊系统的布置方式、所采用锚泊线材料和锚设备,以及模型试验和静、动力、耦合计算的研究方法等方面的研究现状和发展趋势作了介绍,为我国今后深海油气平台锚泊技术开发的设计和研究提供参考。     

三维锚泊系统时域计算分析

通过采用在频域内对浮体运动方程求解并将计算结果转换为时域结果,同时与锚链线运动时域方程耦合求解锚泊浮体在限制工作水深的运动位移与锚链线上的张力.采用一种考虑锚链线上各种受力的三维锚链线模型来计算锚链的位移与受力.通过对计算结果的分析表明,本方法简单、实用,可以提供具有工程精度的锚泊性能预报.     

深水复合锚泊线动力特性比较分析

为了研究复合锚泊线的动力特性,文章对完全相同的两根复合锚泊线,保持其他条件不变,用聚酯纤维系缆代替钢索,使锚泊线顶端张力-静位移特性曲线基本一致,然后采用数值模拟的方法对整根复合锚泊线的动力特性进行比较分析。比较两种复合锚泊线的自振频率、复合刚度和锚泊阻尼。建立复合锚泊线的二维非线性有限元动力分析模型,基于Del Vecchio(1992)提出的经验公式,采用迭代的方法计算复合锚泊线的刚度,比较上部平台分别发生慢漂和波频运动时刚度的变化。锚泊线和海床之间的接触作用基于刚性海床假定,基于Morrison公式计算锚泊线的惯性力和拖曳力荷载,给定上部平台运动时程后在时域范围内进行复合锚泊线的动力分析,通过计算锚泊线从平台运动中吸收的能量,得到锚泊系统的阻尼,比较上部平台分别发生慢漂和波频运动时阻尼的变化。     

深水悬链复合锚泊线疲劳损伤计算

以某座Spar平台的锚泊系统为研究对象,首先利用三维绕射理论计算Spar平台主体波浪力,得到平台的总体运动响应时程。再建立复合锚泊线的二维非线性有限元动力分析模型,基于DelVecchio(1992)提出的经验公式,采用迭代的方法计算复合锚泊线的刚度。锚泊线和海床之间的接触作用基于刚性海床假定,基于Morrison公式计算锚泊线的惯性力和拖曳力荷载,根据计算得到的平台主体运动响应时程作为锚泊线顶端输入条件,在时域范围内进行复合锚泊线的动力分析。计算得到中国南海某海域各短期海况条件下复合锚泊线应力的时间历程曲线,采用雨流法对其计数得到对应于各短期海况条件下的疲劳载荷谱。最后根据Miner线性累积损伤模型,对复合锚泊线在长期海况条件下的疲劳损伤进行比较计算。     

海上浮简锚泊分析

首先对浮筒锚泊线进行了受力分析,然后在求得锚泊线方程解的基础上给出最短锚泊线和最小锚距的计算方法。提出锚泊线对浮筒的弹簧作用,给出浮筒纵荡方程,为防止共振给出理论依据。     

浮式生产储油船锚泊定位性能计算

应用计算锚链的悬链线方程和计算船舶运动的格林函数方法的耦合数值方法，对一锚泊的浮式生产储油船进行了定位性能计算，给出了自由状态与锚泊状态系统的运动响应特性的对比、不同状态与工况的锚泊浮体的运动性能参数以及锚链承受的张力等计算结果。研究成果可以为浮式生产储油船锚泊系统设计、校核计算和锚泊系统形式与参数优化提供初步计算结果以及用于设计方案的比较。     

垂直导桩和固定方箱防波堤透射系数研究

本文采用势流理论作为程序设计基础,其中规则波对浮防波堤时域内的作用力,用其时域内积分方程计算,采用边界元作为程序设计方法,浮防波堤三个方向运动的运动方程以四阶Runge-Kutta法编程计算。将锚链锚泊单浮筒浮防波堤水动力特性的计算结果与实验室所做物理模型实验结果差别很小。然后运用该模型计算了不同结构形式以及不同吃水的垂直导桩防波堤和固定方箱透空式防波堤的消浪性能。     

考虑浮体弹性变形的锚泊系统分析方法

传统的锚泊系统分析方法一般是假设结构物为刚性不可变形的,这种假设对于常规海洋结构物的锚泊系统分析,其精度是可以接受的,然而对于弹性体(比如超大型浮体)来说,这种浮体刚性的假设显然是不合理的.本文基于摄动理论,分别给出了锚泊浮体(同时包括弹性体和刚性体)和锚泊系统的一阶运动方程.分别用三维水弹性理论和Goodman-Iance法求解浮体的动力响应和锚泊线的运动,并给出了两者之间的协调关系.通过数值算例分析表明,对于超大型浮体,其弹性特性对锚泊系统特性的影响是不可忽略的.     

FPSO锚泊系统动力响应影响因数分析

基于三维势流理论,建立了FPSO与锚泊系统时域耦合分析方法。在时域内对设计好的锚泊系统进行动态分析,并验证了锚泊系统设计的安全性。然后对比研究了系泊线夹角、预张力、转塔位置、拖曳力系数等重要参数对FPSO锚泊系统动力响应的影响,并讨论了悬链线式和张紧式两种系泊方式的区别。总结出了这些参数的影响规律,为锚泊系统动力响应的优化提供了参考意见。     

FPSO单点系泊系统动力截断优化设计

浮体系泊系统在海洋工程水池进行模型试验时,由于水池尺度有限,首先对系泊线进行等效截断设计,是被动式混合模型试验的重要一步。截断设计时,基于细长杆理论,模拟系泊线的非线性动力特性,将计算所得时域内的系泊力转换到频域响应,选择有代表性的频率及响应建立目标函数,结合NSGA II优化算法,确定最优截断系泊参数,计算快速准确。针对一作业水深420m的FPSO单点系泊系统,进行水平截断设计。截断前后系泊系统和单根系泊线的静力特性吻合很好。截断系泊系统在不同环境载荷作用下的总体响应和系泊动力,都与截断前一致。证明了截断设计的合理性和准确性,为后续的模型试验工作打下了基础。     

系泊浮体在浅水波浪中运动响应的计算研究

对于船舶在浅水中的运动和锚泊系统响应问题,使用时域方法计算一艘起重铺管船在浅水无航速系泊状态下在波浪中的运动响应.基于三维频域势流理论,应用SESAM软件计算浮体在规则波中的频域水动力参数及运动响应.通过频域到时域的转换方法,得到浮体在时域中的水动力系数和不规则波的一阶与二阶波浪力.在时域内计算锚链拉力,再耦合数值求解浮体时域运动方程,得到其在不规则波中的运动时历.最后,采用本方法计算铺管驳船在多点系泊状态下,在浅水波浪中的6个自由度的运动响应和锚缆张力,并将计算结果与模型试验进行比较.分析表明本方法能够提供具有工程精度的船舶运动性能预报.     

深水多成分悬链线锚泊系统优化设计及应用研究

深水多成分悬链线锚泊系统的设计要考虑多种成分的组合优化问题。本文根据深水多成分锚泊线悬链线方程，结合设计中需要考虑各种材料的特征，提出多目标函数的多成分锚泊线优化模型，通过遗传算法求解确定模型的最佳形式，并结合图谱设计方法研究将模型引入锚泊系统设计实例。     

基于改进广义α算法的锚泊线动力分析

针对锚泊线的非线性特性,采用三维弹性杆理论推导锚泊线的控制方程,并应用迦辽金法将方程离散成适用于锚泊线动力分析的微分方程形式。针对锚泊线上端受高频一阶波浪力的扰动作用显著的特点,提出采用具有可控数值阻尼,能够有效地滤除高频响应的广义α算法对锚泊线进行动力分析,并在原有广义α算法的基础上,提出适用于变质量系统的改进型广义α算法。同时分别从理论研究和实例分析角度将广义α算法与传统的Newmark算法进行对比,结果表明广义α算法在稳定性,准确性及数值阻尼特性等方面均具有优势。     

考虑静力特性相似的等效水深截断系统的优化设计

主要考虑静力特性相似进行了深海平台混合模型试验中的等效水深截断系统优化设计研究。优化方法选用混合离散变量模拟退火法和离散复合形法,目标函数为截断系统和原系统的静力特性相似程度,通过选取适当的设计准则,能在一定程度上减小截断系统与全水深系统动力特性之间的差异。建立了锚泊线材质数据库,以锚泊线材质名和直径作为关键字。在计算锚泊系统静力特性时,先用四阶龙格库塔法求解单根锚泊线的静力特性,然后通过拉格朗日插值法求解总系泊系统的静力特性。采用C 语言基于面向对象方法开发了计算机程序。具体优化计算时,先分别用两种优化法计算出相应的结果,然后选取较好的一个作为最终结果。以一个工作水深为320m的10万t内转塔式系泊FPSO为例,进行了等效水深截断系统优化设计计算,截断水深选为160m,并选取几个典型工况对截断系统和全水深系统都进行了缩尺比为λ=80的模型试验,比较两者的试验结果发现,截断系统设计是成功的。