深海系泊浮体物面非线性时域耦合动力分析

文章基于三维时域势流理论和弹性细长杆理论,研究并提出了深海系泊浮体物面非线性时域耦合动力分析方法。该方法采用时域物面非线性理论方法在瞬态位置直接时域模拟系泊浮体所需水动力,结合有限元方法计算系泊缆索的动力响应,利用异步耦合方法实现浮体和系泊缆索的时域耦合动力求解。既满足系泊浮体时域水动力耦合,又满足系泊浮体和系泊缆索动力耦合。通过对二阶非线性不规则波作用下深海系泊半潜式平台的时域耦合响应特性进行研究,将不同海况下物面非线性时域耦合静力响应和动力响应与间接时域耦合动力响应的三种方法计算结果进行比较。研究结果表明,系泊缆索动力响应明显,平台瞬态空间位置对垂荡低频运动影响较大,有必要在平台瞬时湿表面采用动力响应方法进行深海系泊浮体时域耦合响应分析。     

多浮体海上平台水动力响应分析

多浮体海上平台是一个典型的刚柔流耦合多振子系统,本文利用水动力软件AQWA,建立平台的数值仿真计算模型,然后对该平台进行水动力分析.结果表明,浮体响应幅值随连接件刚度变化会出现较大振荡区间现象;在低频和高频阶区域,平台附加阻尼相对较小;在高频区域内,平台幅值响应很小,稳定性良好.本文研究可以为大型海上浮体结构设计提供指导意义.     

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。     

系泊多体海上平台非线性动力特性研究

海上浮式平台通常由多个大型浮体模块柔性连接,组成一个典型的刚柔流耦合的多振子网络系统。本文从网络动力学角度研究多体浮式海上平台,通过龙格库塔法求解海上浮式平台运动微分方程,得到海洋平台运动响应随连接件刚度变化情况。数值结果表明,连接件刚度变化使得多体海上浮式平台表现出丰富的非线性动力特性现象,例如幅值跳跃、分岔、混沌等现象。为进一步揭示非线性浮式平台的集体动力学行为,作出浮块在各响应阶段对应的时域图和相图比较。本文得到的初步研究结果及研究方法,可为大型海上浮体结构初步设计提供理论参考。     

Experimental and numerical study on dynamic responses of floating bridge under the shielding effect of a floating platform

A floating bridge and a floating platform can serve as a transport channel between land and sea. They will interact with each other in the wave environment. In this paper, the dynamic response characteristics of a floating bridge under irregular waves and regular waves are studied by means of model tests and numerical calculations. The results of model test and numerical calculation based on potential flow theory are basically consistent and can be mutually verified. By comparing and analyzing the dynamic response results of the floating bridge under the condition of “with floating platform” and “without floating platform”, some conclusions are drawn. The floating platform will have a shielding effect on waves coming from the sea. Due to the shielding effect of the floating platform, the motions in heave, surge and pitch of the floating bridge are evidently diminished. Among them, the motion response of the pontoon near the floating platform decreases most obviously. The floating platform provides a relatively stable marine environment for the floating bridge, thereby improving the survival state of the floating bridge.     

浮式海上风力机运动性能和锚泊系统(英文)

The development of offshore wind farms was originally carried out in shallow water areas with fixed(seabed mounted) structures.However,countries with limited shallow water areas require innovative floating platforms to deploy wind turbines offshore in order to harness wind energy to generate electricity in deep seas.The performances of motion and mooring system dynamics are vital to designing a cost effective and durable floating platform.This paper describes a numerical model to simulate dynamic behavior of a new semi-submersible type floating offshore wind turbine(FOWT) system.The wind turbine was modeled as a wind block with a certain thrust coefficient,and the hydrodynamics and mooring system dynamics of the platform were calculated by SESAM software.The effect of change in environmental conditions on the dynamic response of the system under wave and wind loading was examined.The results indicate that the semi-submersible concept has excellent performance and SESAM could be an effective tool for floating wind turbine design and analysis.     

海洋平台立管系统的三维动态响应仿真研究

海洋平台立管是其生产系统的主要组成部分,立管系统的动力学特性直接影响生产平台的稳定性和安全性,针对海洋平台立管系统动态响应特性的数值分析显得尤为重要。本研究以凝集参数时域分析法对海洋平台立管系统进行三维仿真模拟,用四阶Runge--Kutta法进行积分求解,分析惯性坐标系下海洋平台立管系统的动态响应。     

桩基建模方法对自升式钻井平台动力响应的影响

随着海洋油气开采作业水深的不断增加,海洋平台固有频率随之降低,易与相同频率成分的波浪产生共振,因此对平台动力响应特性研究是非常有必要的,而桩基模型在平台动力响应分析中发挥着关键作用。以某400英尺自升式钻井平台研究对象,基于等效建模的思想,分别建立了固支桩基、铰接桩基、线性弹簧桩基及非线性弹簧桩基四种有限元模型,并对其进行静力分析、模态分析及瞬态动力学分析,通过对比得到的振动频率、动力放大因子及波流惯性力,得出弹簧桩基模型在平台动力响应分析中的有效性及合理性结论。     

气垫平台天线间隔离度分析研究

气垫平台上装备了大量的电子、电气设备和大功率发射天线,同时,气垫平台的船体与一般舰船相比,在垫态航行时艇体与海水绝缘,电磁兼容十分特殊。天线之间的耦合是无线电系统间电磁干扰的主要传输途径,天线隔离度是分析天线间电磁干扰影响的关键指标,开展天线间隔离度分析对电磁干扰研究十分重要。针对气垫平台船体的特殊性和电磁兼容性特点,基于电磁仿真基本原理,建立了气垫平台电磁模型,采用电磁仿真方法分析计算了天线间隔离度,并分析了气垫平台与海平面连接和不连接时隔离度影响。通过实测进行了验证,为开展总体电磁兼容工程研制提供了技术支撑。     

半潜式平台极限状态评估

对某半潜式钻井平台,采用ANSYS建立有限元计算模型,进行了典型波浪荷载作用下平台非线性垮塌性分析,不考虑几何非线性和初始缺陷的影响。分析结果表明,平台最终的失效形式和水动力荷载作用形式十分相关,初始失效部位和最终失效状态各不相同。文中对ANSYS计算模型和SESAM计算模型进行了对比,在相同的荷载条件下分别计算了两个模型,比较ANSYS计算结果和SESAM计算结果及ABS和DNV规范理论结果,三者结果吻合较好。对非线性垮塌分析结果进行了讨论,通过对截面力作用形式的分析,建立了两类半潜式平台极限状态方程。文中半潜式平台非线性垮塌分析结果可以作为基于ABS和DNV规范的半潜式平台极限状态的基准性研究。     

铺板连接结构减振设计分析

为控制机械振动向船体结构传递,基于不均质结构振动隔离原理,对铺板连接结构进行减振设计。采用有限元方法建立各设计方案的计算模型,进行激励源在铺板不同位置工况下的动响应分析,对比各方案的减振效果并开展缩比模型试验。分析结果表明,U形连接结构对抑制振动从铺板向圆柱壳体传递效果较好;适当减小连接板厚度,减振效果呈增加的趋势。缩比模型测试结果显示,U形连接结构在2 Hz～4 kHz频段有大于4dB的减振效果,仿真计算结果与试验结果吻合较好。     

环境荷载共同作用下自升式平台地震响应分析

自升式海洋平台是海上施工的重要设备,其造价昂贵、设计复杂,承受着复杂的环境荷载作用。目前关于地震对其作用的研究还较少,有必要进行地震与风、浪、流等荷载对自升式平台的动力分析研究。文中在考虑流体附加质量及地基土体抗转效应的前提下,建立了适合动力分析的海洋平台计算模型,并利用弹塑性时程分析方法研究了其在地震及其他环境荷载共同作用下的动力响应。结果表明环境荷载作用方向对现役自升式海洋平台的抗震性能有着较大的影响,在平台结构抗震性能评估中应予以重视。     

小水线面双体船螺旋桨激励船体振动研究

文章研究了小水线面双体船的桨—轴—船体耦合系统在螺旋桨受宽带力激励下的纵向振动特性。建立了考虑周围流体介质作用的桨—轴—船体动态耦合系统的声振数值计算模型,经实船试验表明计算结果与试验结果吻合较好。采用该模型计算分析了桨—轴—船体耦合系统的振动特性。作用在螺旋桨上的激励力传递到船体时,受到轴系子系统的调制作用及推力轴承基座结构的刚度影响,在轴系一阶和二阶纵向振动模态处出现动力放大;考虑螺旋桨的弹性变形时,激励力在螺旋桨的桨叶若干纵向振动模态频率上也出现了明显的放大。在这些低频段的振动模态频率上,船体结构受放大的激励力作用,容易产生共振及声辐射。     

基于锚泊系统的半潜式海洋平台定位方法研究

以工作水深1200m、8缆系泊的半潜式海洋平台为对象,研究其系统定位方法,通过改变锚泊系统系泊缆长度来实现平台的定位。建立反映半潜式海洋平台锚泊系统动力响应的多目标优化模型,通过求解得到船体目标位移与最优系泊缆长度,借助多学科软件iSIGHT,通过开发程序接口,调用水动力分析软件ANSYS/AQWA求解器求解,实现了半潜式平台锚泊系统的结构动力响应优化设计。对半潜式平台进行风、浪、流联合作用下的水动力耦合分析,实时控制系泊缆长度来实现平台的定位并保证平台的稳定性。     

基于AQWA的半潜式平台动力特性分析

依据三维势流理论并利用ANSYS AQWA软件对某半潜式平台进行建模。分析平台在恶劣海况下的水动力性能,并运用时域耦合的分析方法的得到了平台运动的时历曲线,同时对平台系泊锚链的系泊强度进行了校核计算。结果证明平台在恶劣海况下可安全有效的工作,本文的工作对于半潜式平台的相关设计有一定的参考意义。     

基于数值模拟的半潜式钻井平台附加质量研究

为了较为完整地明确计算钻井平台影响附加质量的因素,以及附加质量之间的关系,文章主要基于数值模拟计算的方法,通过水动力分析软件AQWA求解平台36个附加质量分量,通过与数学模型计算对比分析得到相应的结果。从AQWA分析得到的视图中可知,平台的附加质量分量随波浪频率的变化而变化;在横荡方向的附加质量由小到大依次为型一、型二、型三平台,与平台在xoz平面内的面积投影大小关系对应,而纵荡方向附加质量基本与平台在yoz平面内的面积投影大小关系对应;通过公式计算的附加质量分量与数值模拟的独立附加质量分量数高度一致。得到平台的附加质量大小与波浪的频率有关;平台在坐标平面上的投影面积大小能在一定程度上反应出附加质量的大小;36个附加质量分量中有21个是独立的。     

波浪运动补偿平台广义升沉位移的实时预报

具有波浪运动补偿功能的稳定平台可有效减少船舶在风浪中的摇摆和升沉运动对某些海上作业和设备的影响.为了有效地进行波浪运动补偿,需要对该平台的广义升沉位移(横摇、纵摇以及升沉的耦合作用结果)进行极短时预报.本文采用时间序列分析理论中的自回归(AR)模型作为预报模型,对波浪运动补偿平台的广义升沉位移进行极短时预报.在以往的研究中,通常采用递推最小二乘法AR模型进行在线参数估计.但是采用递推最小二乘法进行参数估计容易引起参数爆发,从而影响AR模型的稳定性.针对该问题,本文采用阻尼递推最小二乘法对AR模型进行在线参数估计,并结合实验获得的平台控制点的广义升沉位移数据进行实时建模预报.仿真结果表明,采用阻尼递推最小二乘法进行参数估计能抑制参数爆发,并能提高AR模型实时预报精度.     

Experimental and numerical study on tuned liquid dampers for controlling earthquake response of jacket offshore platform

Earthquake loading has to be considered when the offshore platform is constructed in active fault zone. Tuned liquid dampers (TLD) have been proposed to control the dynamic response of structures. Liquid sloshing experiments on cylinder tank show the sloshing happens more seriously when the frequency of external excitation is close to the fundamental sloshing frequency of liquid. Lumped mass method is employed to numerically analyze the controlling earthquake effect on TLD. Based on TLDs the feasibility to control earthquake response of jacket platform is studied and applied to CB32A oil tank platform. Using extra TLDs in CB32A to control the seismic response of the platform is researched by the model test and numerical simulation. Lumped mass method can simulate the behavior of TLD during earthquake very well and gives close numerical results compared with those from model experiments. It has been found that the ratio of the fundamental sloshing frequency of liquid to the natural frequency of platform is the key factor to control earthquake response. The larger ratio of water-mass to platform-mass is also useful to reduce vibration as well.     

爆炸载荷下半潜式钻井平台月池结构动态响应

以某半潜式钻井平台月池结构为研究对象,基于一般耦合法建立拉格朗日与欧拉网格的耦合,计及应变率效应的影响,应用二阶精度求解器ROE算法结合等效当量TNT方法及理想气体状态方程,参考API规范要求设置多组计算工况,对月池结构在不同爆源高度及不同当量载荷下的动态响应进行了数值分析研究。研究发现：整体结构抗爆性能较好,未有结构发生破损失效。当爆源高度超过41.55m或当载荷增大时,对X方向月池内壁板格造成的冲击与变形损伤更大,该处结构在防爆设计时应重点考虑;平台沿Y方向的舱壁为主要吸能构件,占比最低为44.7%,当爆源高度降低时,吸能占比增加,当爆炸载荷增大时,吸能占比降低;沿X方向的舱壁吸能占比稳定约为24%。本文的研究对于评估平台结构抗爆性能,优化结构设计等方面具有一定的参考价值。     

动力定位作用下S型铺管作业耦合运动分析

文章建立了S型铺管船的船体、托管架和管线动态耦合模型。考虑了海浪、风和海流载荷作用下以及动力定位系统的控制下,分析时域内管道对船舶运动和受力特点的影响。主要包括：建立起重铺管船的动力定位运动模型,建立基于碰撞-接触原理的V型托辊和托管架模型,设计具有PID伺服系统的张紧器模型,提供连接托管架和船尾的非线性弹性铰接模型。进行时域动态模拟得到结果,通过与非铺管作业工况下的运动响应的对比表明,管线对船舶横摇运动影响较大,对纵摇和垂荡运动有一定程度的影响;管道对船舶纵荡、横荡和艏摇三个自由度上的受力影响极大。