半潜式平台耦合动力响应分析

由于海洋这一特殊的环境,半潜式平台在海上会受到风、浪、流的联合作用,使得半潜式平台产生六自由度方向的运动,影响平台的作业,因此,进行平台运动响应预报及系泊线强度校核就显得尤为重要。本文选择在1 000 m水深的情况下,分别在时域和频域条件下对半潜式平台运动响应进行数值模拟,预报在频域和时域条件下半潜式平台运动响应,并对比分析在时域条件下不同风、浪、流组合工况下平台升沉运动幅值,计算设计的平台系泊线拉力,并进行强度校核。     

半潜式平台耦合动力响应分析

由于海洋这一特殊的环境,半潜式平台在海上会受到风、浪、流的联合作用,使得半潜式平台产生六自由度方向的运动,影响平台的作业,因此,进行平台运动响应预报及系泊线强度校核就显得尤为重要。本文选择在1000 m水深的情况下,分别在时域和频域条件下对半潜式平台运动响应进行数值模拟,预报在频域和时域条件下半潜式平台运动响应,并对比分析在时域条件下不同风、浪、流组合工况下平台升沉运动幅值,计算设计的平台系泊线拉力,并进行强度校核。     

水深对半潜式平台水动力性能及波浪载荷的影响*

本文根据有条件的建模方法（CMA）和一次逆可靠度方法(IFORM),运用Matlab编程计算确定百年一遇波高-周期的等概率曲线,设计了一组百年一遇波浪海况。根据Morison方程与绕射理论计算海洋平台波浪载荷的各自特点,本文采用Morison方程和绕射理论相结合的方法,运用挪威船级社研发的SESAM程序,就水深对半潜式海洋平台水动力性能和波浪载荷的影响进行了分析。某半潜式海洋平台计算分析水深对平台的运动响应、气隙、波浪二阶平均漂移力和纵向剪切力等六个波浪载荷的影响。     

无航速三体浮驳水动力特性频域分析

为了研究不同工作条件下无航速三体浮驳的水动力特性的变化规律,根据势流理论和波浪的辐射/衍射理论对无航速三体浮驳的水动力特性进行了分析,并以某三体浮驳为例应用水动力计算软件AQWA对其在不同工况下进行了水动力计算。分别求得了该三体浮驳在不同水深、不同吃水深度时的附加质量、附加阻尼、不同波向下的波浪激励力和幅值响应算子随波频的变化曲线,并对其进行了对比分析。结果表明,水深对三体浮驳附加质量、附加阻尼、波浪激励力和幅值响应算子均有较大的影响,特别是在低波频时影响较为显著;水深大于20倍吃水深度后三体浮驳的水动力系数可按照无限水深进行近似计算。吃水深度对三体浮驳纵荡和横荡幅值响应算子几乎无影响,对垂荡和纵摇幅值响应算子的影响较小,对横摇和艏摇幅值响应算子的影响较大。     

基于设计波法的半潜式生活平台主船体强度分析

针对某半潜式生活平台,计算其主体结构强度并校核其是否符合规范要求。首先采用SESAM软件的Genie模块对半潜生活平台进行结构有限元、湿表面和水动力模型的建模,运用HydroD水动力模块计算了结构在不同周期和不同浪向下的幅值响应系数(RAO),通过RAO极值来确定设计波法中波浪的参数,将确定的设计波通过RAO极值来确定设计波法中波浪的参数,将确定的设计波通过载荷传递施加到模型上,采用Sestra求解器模块进行求解。最后采用Xtract模块进行应力结果后处理,计算结构的强度并校核其是否符合规范要求。结果表明,本文设计的半潜生活平台结构强度满足规范要求。本文研究方法和研究结论可为半潜式平台的强度计算提供有效参考且具有实际意义。     

框架型半潜式消浪结构消浪特性研究

为对框架型半潜式消浪结构的消浪特性进行研究,采用边界元方法对比分析了在规则波作用下,半潜式消浪结构和不同类型浮式消浪结构周围浮体运动响应RAO变化及堤后波浪场云图变化情况。结果表明,波浪的入射角度、相对吃水深度对浮式消浪结构的消波效果具有很大的影响;框架式半潜式消浪结构在相同条件下的透射系数明显低于其他三种常见的浮式防波堤结构;对多体半潜式消浪结构稳定性影响最大的为浮体的横摇方向。研究表明,相同工况下框架型半潜式消浪结构的透波度更低,能更好的发挥结构的消波效果。     

风浪流作用下半潜平台水动力及其锚泊系统响应分析

针对某半潜平台主体和锚泊系统建立整体水动力模型,基于势流理论,在频域内计算平台在不同浪向下规则波中的水动力及其运动响应;在时域中计算张紧式系泊系统在风、浪、流联合作用下的非线性耦合运动响应,与悬链线系泊系统进行对比分析,结果表明,该半潜平台在高频范围内运动性能良好;深水环境中采用张紧式系泊要比悬链线系泊有优势。     

作业水深对浮式半潜平台波浪砰击的影响

结合模型试验,基于数值重构和外推的计算模型,采用时域全耦合分析方法,对浮式半潜平台全水深锚泊系统以及风、浪、流载荷的联合作用进行模拟,针对动力辅助锚泊定位平台与锚泊定位平台在不同作业水深下的波浪砰击进行对比研究。研究结果表明:浮式半潜平台关注点处波浪砰击次数受作业水深的影响敏感。平台在同等环境工况下,关注点处负气隙以及波浪砰击次数随着作业水深的增加而加剧。动力辅助锚泊定位平台较之于锚泊定位平台的随动性更好,可有效减小平台与水质点的相对运动,作业水深变化引起的动力辅助锚泊定位平台同一关注点的砰击次数、气隙变化以及改善幅值明显优于锚泊定位平台。在平台设计过程中,作业水深对平台气隙和波浪砰击的影响应引起重视。     

作业水深对浮式半潜平台波浪砰击的影响

结合模型试验,基于数值重构和外推的计算模型,采用时域全耦合分析方法,对浮式半潜平台全尺寸锚泊系统以及风、浪、流载荷的联合作用进行模拟,针对动力辅助锚泊定位平台与锚泊定位平台在不同作业水深下的波浪砰击进行对比研究。研究结果表明：浮式半潜平台关注点处波浪砰击次数受作业水深的影响敏感。平台在同等环境工况下,关注点处负气隙以及波浪砰击次数随着作业水深的增加而加剧。动力辅助锚泊定位平台较之于锚泊定位平台的随动性更好,可有效减小平台与水质点的相对运动,作业水深变化引起的动力辅助锚泊定位平台同一关注点的砰击次数、气隙变化以及改善幅值明显优于锚泊定位平台。在平台设计过程中,作业水深对平台气隙和波浪砰击的影响应引起重视。     

深水半潜式平台运动响应及截面波浪载荷模型实验研究

半潜平台在恶劣的海洋环境中将承受极端的环境载荷,从而导致相应的大幅运动,截面载荷以及系泊力。文章对一艘系泊在南海的典型半潜平台进行了综合试验研究。为了测量中纵剖面上的波浪载荷,半潜平台模型从中纵剖面处被剖开,并用3个六分力传感器进行连接。结果表明,当波浪周期在10 s附近时,中纵剖面处的截面传递函数达到最大值。而低频长波以及差频波浪成分对剖面载荷影响很小。文中还分别针对仅有波浪作用的海况和风、浪、流联合作用的海况,对半潜平台的运动和载荷情况进行了研究,发现风和流对平台波频运动影响较小,而对于低频运动,其影响要大于波浪作用。随着风和流的出现,中纵剖面的剪切力,分离力以及垂向弯矩增幅分别可达127.07%,51.87%和45.77%。与此同时,在风、浪、流的联合作用下,最大锚链力与锚链的破断强度比值达到了62.3%,接近规范中66.6%的限制。     

气浮箱型结构在有限水深中的波浪力研究

以箱型气浮结构为例,通过气体绝热方程考虑气体的压缩性对气-水交界面处的非线性边界条件进行推导,基于二维势流理论通过特征函数展开和匹配渐进法建立了结构波浪力求解的解析解,对不同水深宽度比、不同吃水情况下的波浪力的幅频变化规律进行讨论。结果表明:随着吃水的增加,结构的水平波浪力呈增加的趋势,结构的垂向波浪力和波浪力矩呈下降的趋势;随着水深的增加,结构的波浪力呈下降的趋势,垂向波浪力引起的波浪力矩变化比水平波浪力引起的波浪力矩变化明显。     

考虑冰、浪等复杂载荷工况的半潜式平台应力与运动响应特征

半潜平台在极地深水海域应用广泛,经常面对冰、浪等复杂载荷。本文从应力时程和运动时程两方面分析了半潜平台在波浪载荷,海冰载荷以及冰-浪联合载荷作用下的响应特征。结果表明,虽然海冰载荷的存在具有一定程度的抑波作用,平台的震荡得到缓解,但是冰-浪联合载荷会导致平台关键节点部位所受应力幅值大幅增加,并超过海冰和波浪单独作用产生的应力之和,对半潜平台的结构安全造成较大威胁。因此在研究、设计极地海域半潜平台时应同时考虑冰、浪对平台的影响。     

基于浮体Morison方程的半潜式超大型浮式结构波浪力简化计算方法

研究了半潜式超大型浮式结构中移动式海上基地（MOB）在高海况随机波作用下波浪力的简化计算方法。文中基于修正后的浮体Morison方程,经理论推导得出了MOB结构波浪力的计算公式。以MOB结构“三模块模型”为例,研究其在6级海况条件下基于Bretschneider谱模拟的随机不规则波中浪向角变化在0°~90°范围内,各模块的波浪力-历时规律,将本文简化算法的计算结果统计值与势流理论的结果相互对比,并对二者进行误差分析。结果表明：运用本文简化算法得到的MOB波浪力统计结果与势流理论的结果吻合程度高,且二者之间的相对误差在工程允许的范围之内,可充分验证本文方法的正确性、合理性与可行性。本文算法相比于势流理论而言更加简单,建议在结构初步设计阶段运用该方法可高效地评估大量不同工况下MOB结构的波浪荷载,研究成果可为半潜式超大型浮式结构动力响应研究奠定基础。     

拖航工况下半潜平台撑杆波浪砰击敏感性研究

半潜式平台在拖行过程撑杆等细长结构承受的波浪砰击对结构安全影响较大,相关船级社规范中明确要求结构分析过程中需要考虑波浪砰击载荷。基于传统势流理论的数值方法已经被广泛的应用于浮式海洋平台的水动力和砰击载荷的研究,但是对于复杂的粘性干涉效应、波浪爬升、波浪破碎和波浪砰击等实际工程问题不能够运用势流理论准确模拟。非定常的计算流体力学CFD (Computational Fluid Dynamics)方法能够较为准确解决上述问题。因此,本文以982半潜式海洋平台为研究对象,采用计算流体力学中的动态重叠网格方法和流域体积域方法VOF(volume of fluid),结合水池物理模型试验结果,对平台在拖行工况下撑杆的波浪砰击进行研究。主要对半潜平台撑杆在三种不同流速和风速的拖航工况下撑杆受到的砰击压力的敏感性进行了分析研究,分析波浪砰击下撑杆的瞬态砰击压强分布情况,得到波浪砰击压力危险区域,同时给出拖航工况下撑杆砰击压力系数的变化规律,为分析预报半潜式平台撑杆在复杂的拖航海况下受到的砰击压力提供了参考。     

改进的预报集装箱船波浪增阻的半经验方法

波浪增阻的精确预报对船舶实际航行的性能分析具有重要意义。论文采用理论的和半经验方法,对集装箱船进行了规则波迎浪航行波浪增阻计算,与试验结果进行了比较,分析吃水和航速影响。理论方法基于水平线段移动脉动源的三维面元法求解速度势问题,进而采用三维船体辐射能量法得到船舶辐射增阻,基于二阶波浪力中绕射势得到绕射增阻;经验方法采用ISO15016-2015推荐的STAWAVE2方法。通过分析两种方法波浪增阻成分占比,得出了不同方法在不同频域段的适用范围。对半经验方法计算波浪增阻的关键参数进行了讨论,结合理论计算结果的趋势,针对集装箱船船型,提出了反映船型特征的预报波浪增阻的半经验方法。     

深水半潜平台波浪载荷模型试验研究

波浪载荷作为海洋平台在生命期内最重要的载荷形式,正确评估海洋平台的波浪载荷对结构的安全性具有重要意义.本文对一座深水半潜平台的波浪载荷进行模型试验和数值计算验证研究,模型缩尺比为1:40.采用三维势流理论对半潜平台的波浪载荷进行数值仿真验证计算.验证结果表明本次模型试验方法较好地模拟了半潜式平台所承受的波浪载荷,其研究成果,可为半潜平台的设计提供支持.     

深水半潜平台波浪载荷模型试验研究

波浪载荷作为海洋平台在生命期内最重要的载荷形式,正确评估海洋平台的波浪载荷对结构的安全性具有重要意义。本文对一座深水半潜平台的波浪载荷进行模型试验和数值计算验证研究,模型缩尺比为1∶40。采用三维势流理论对半潜平台的波浪载荷进行数值仿真验证计算。验证结果表明本次模型试验方法较好地模拟了半潜式平台所承受的波浪载荷,其研究成果,可为半潜平台的设计提供支持。     

深吃水半潜生产平台涡激运动特性研究及其参数化分析

本文采用改进的延迟分离涡方法(IDDES)数值模拟深吃水半潜平台的涡激运动,研究深吃水半潜平台在0°、22.5°和45°流向角下的纵向、横向和艏摇运动响应,以及吃水和立柱倒角对半潜平台涡激运动的影响。对比实验数据发现,数值结果与实验数据基本吻合。从计算结果可知,横向运动出现频率锁定现象,但不同流向角下的锁定区域不同,22.5°和45°流向角下的锁定区域发生在6.0V_r8.0,而0°流向角下的锁定区域则相对滞后;艏摇运动响应特性与横向不同,未出现锁定现象,在3.0V_r13.0区间内,艏摇运动响应幅值随V_r的增加而增加。当立柱只有一个倒角时,倒角半径尺寸对半潜平台横向运动响应和艏摇运动响应的影响很小,而当立柱四边都有倒角时,半潜平台的横向运动响应和艏摇运动响应均随倒角半径的增加而变大。半潜平台的横向运动响应和艏摇运动响应均随着吃水增加而增大,当吃水较小(H/D≤0.9)时,半潜平台的横向运动无明显频率锁定现象。     

斜坡型潜导堤波浪力特性的数值研究

为研究各水位期不同波高作用条件下,斜坡型潜堤所受波浪力的特性,基于某潜导堤工程设计与物理模型资料,采用FLUENT软件建立二维波浪数值水槽,用物理模型试验数据验证模型的可靠性,对不同淹没水深和波高下斜坡型潜导堤所受波浪力进行数值计算,分析波浪力与相对波高、相对淹没水深之间的关系,结合其他形式潜堤波浪力的经验计算公式拟合得出该斜坡型潜导堤堤顶面最大波浪力计算公式。结果表明:波浪力大小受相对波高、相对淹没水深的影响较为显著,其影响机理与波浪场流体运动特征相关;相对于波高的变化,波浪力对淹没水深的变化更为敏感,且波浪力在不同的淹没水深区间和不同的作用位置均呈现出不同的变化规律。     

半潜平台波浪载荷不确定性及结构疲劳可靠性研究

在海洋平台结构疲劳强度分析的不确定因素中波浪载荷的不确定性对其影响较大,为了评估疲劳载荷计算过程中波浪载荷的不确定性文章建立了海浪谱型、波高、波浪载荷传递函数、平均跨零周期、海况发生概率和浪向等引起的波浪载荷不确定性的评估方法和公式.同时为了评估波浪载荷传递函数的不确定性进行了波浪载荷模型试验.重点对西北太平洋和中国南海的海况进行了分析计算,定量统计回归出西北太平洋的有义波高和平均跨零周期修正公式,以及中国南海不同季节海况和浪向分布规律对半潜平台波浪载荷和疲劳寿命的影响因子.最后根据波浪载荷不确定性以及结构疲劳分析中的其他不确定因素计算分析了半潜平台典型结构的疲劳可靠度.