多浮体式系泊系统设计及水动力性能分析

为创造更有利于平台钻井作业的外部环境,本文提出一种新型多浮体系泊系统。在1 500 m水深,风、浪、流同向作用下,对平台-连接体-锚链-张力筋腱组成的多浮体结构进行完全时域耦合分析,并将新型多浮体系泊系统和传统张紧式系泊系统计算结果进行对比分析,结论充分体现新型系泊系统设计的合理性、优越性。     

系泊多浮体耦合系统水动力特性数值分析

基于系泊浮筒链防撞系统,利用AQWA软件对不同海洋环境下的系泊多浮体耦合系统进行全耦合时域分析,得到浮体的运动响应和缆绳受力情况。结果表明,系泊缆绳最大张力出现在端部系泊缆上,中部系泊缆的迎浪侧缆绳比背浪侧缆绳张力大;单纯波浪环境下,浮体平均横向位移较小,在初始位置往复运动,波流共同作用时浮体发生前后摆动,在水流前进方向运动量较大,而且不能回到初始位置。最后将数值模拟结果与现有试验结果进行对比,验证了该全耦合时域分析方法的可行性,能够为系泊多浮体耦合系统的水动力特性研究提供参考依据。     

系泊多浮体系统流固耦合和浮体间耦合动力分析

利用多刚体力学运动学方法进行系统铁数学描述。以系统摇荡时各浮体质心位移和浮体角位移表达广义速率。进而表达出有关偏速度、偏角速度、加速度和角加速度。单个系泊浮体在规则波作用下，所受的流体动压力用势流理论计算。多浮体系统摇荡时除入射规则波外，每一浮体的摇荡辐射波对其他浮体也构成了入射波并作用以流体动压力。表达出系统的广义主动力和广义惯性力后代入Kane方程，补充以浮体间的运动约束方程，消去时间因子后得到求解各浮体质心位移和浮体角位移的复数线性代数方程组。     

生产驳船多点系泊定位系统动态响应

导出了多点系泊系统的船舶运动方程,在船舶运动方程中计入了非线性恢复力。缆索分段的三维动态方程中采用了凝集参数模型与平均切向量非线性流体动力载荷处理技术,对某生产驳船系泊问题进行了计算,对受有风、浪、流环境力的系泊船运动方程进行了数值求解,得到了随时间变化的船舶运动和系泊索动态张力,考查了缆索动力学对船舶运动和链张力的影响,并与以前未计入缆索动力影响的准静态结果进行了比较。     

基于AQWA的发电船栈桥系泊水动力性能

为分析栈桥系泊系统和风、浪、流等环境因素对发电船水动力性能的影响,文章评估发电船系泊系统的安全性,合理设计发电船系泊系统,并建立发电船栈桥系泊数值模型。基于三维势流理论,应用AQWA软件对该船进行频域水动力性能分析,通过时域耦合仿真计算得到其六自由度运动响应、系泊缆张力和护舷压力,并对不同环境载荷下的船舶系泊系统进行安全校核。计算结果表明：在各作业工况下,发电船系泊系统是安全的;波高和浪向角对系泊缆的张力和运动响应有重要影响,波浪周期对纵摇和垂荡的影响较大。     

系泊缆索的非线性动力响应计算

系泊缆索会受到非线性流体动力的作用,还会出现大的位移。采用三维弹性梁理论模型,把缆索看作是等拉伸刚度、等弯曲刚度的细长结构,采用非线性有限元法求解缆索的运动方程。用牛顿迭代法计算系泊缆索的静力平衡状态。对于缆索的动力响应方程,采用隐式、显式混合的数值格式,最终将方程化为显式格式进行求解,提高了计算效率;使用高阶单元,只需要较少的单元就可以得到收敛解。计算结果表明,该计算方法能较准确地描述系泊缆索的非线性特征,且适用于缆索大变形条件下的动力响应分析。     

系泊参数对西非海域FPSO水动力性能影响的研究

应用三维势流理论及非线性时域耦合分析方法,研究了西非海域涌浪和风浪联合作用下,系缆根数、系缆长度和系缆间夹角等系泊参数对多点系泊FPSO水动力性能的影响,结果表明不同系缆根数或系缆长度对系缆动力响应和船体运动响应的低频部分有较大影响,为西非海域多点系泊FPSO系泊方案的设计与研究提供有效参考。     

船舶码头系泊的耦合动力响应分析

以码头系泊船舶为研究对象,利用水动力软件 AQWA,分析不同浪向角对其运动响应幅值算子和一阶波激力的影响,并在时域耦合分析的过程中,对系泊系统进行优化,从船舶运动响应和系泊缆张力2个方面,对沿型深方向优化和尾横缆优化的结果进行分析。计算结果表明,不同的优化方案对船舶的运动响应和系泊缆张力的影响不同。     

船舶系泊系统动力分析

采用悬链线方程对海上船舶系泊系统所采用的缆索进行准静态分析,然后采用拉格朗日方程对缆索进行动态分析,获得缆索的数学模型。给出一组有关船舶动态情况时的三自由度微分方程组,通过比较准静态与动态时缆索的张力特点,可得迎流缆在动态时的最大张力比准静态小等。     

极浅水多体波浪能发电装置锚泊系统设计

采用三维势流理论对多体波浪能发电装置进行频域水动力计算,分析极浅水效应和多体间相互作用对单体发电装置的水动力性能的影响。利用Orcaflex软件建立多体波浪能发电装置数值模型,浮体间采用铰接进行连接,并利用弹簧单元模拟发电液压缸的弹性阻尼作用。为极浅水多体波浪能发电装置设计合理的锚泊方案,采用时域动态耦合方法进行分析,同时考虑极浅水效应、多体影响和二阶低频力,根据API规范对自存工况下的锚泊缆强度进行校核,并对确定选用的锚泊方案进行敏感性分析。通过对计算结果进行分析,发现在进行浅水多浮体锚泊设计时,低频波浪载荷、多体相互作用和海底摩擦不可忽视;对于极浅水的锚泊系统设计,Lazy wave 型锚泊形式优于传统悬链线式锚泊。上述研究工作为近海极浅水海域新型海洋能发电装置锚泊系统的设计提供了新的参考和思路。     

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。     

自动系泊系统简化设计方法

相比传统缆绳系缆,自动系泊系统具有系泊离泊作业速度快、安全可靠等优势。目前,自动系泊系统在国外已有较多工程实例,但世界各主要港工规范尚未纳入有关自动系泊系统的具体设计方法。现阶段,自动系泊系统的计算一般须通过较为复杂的数模来进行,不利于项目前期阶段的设计。针对此情况,分析了自动系泊系统受力特点,根据其受力特点假定力学模型,并结合现行国际、国内规范有关船舶外力的计算方法,推导出自动系泊系统的简化受力计算方法。该方法可供设计人员在项目前期对自动系泊进行受力计算。     

系泊缆等效水深截断点处动力响应

考虑海洋平台悬链线式系泊缆的非线性特性,采用集中质量法建立系泊缆的运动方程,分别应用时域和频域分析方法研究系泊缆上若干节点的动力响应。分析上端点运动为正弦波动和随机波动2种情况对应的系泊缆有代表性节点的动力响应。获得了系泊缆不同位置的等效水深截断点处的动力响应与上端点的对应规律,为进一步研究主动式混合模型试验方法提供了技术支持。     

深水钻井船锚泊定位分析方法研究

采用准动态方法和动态耦合方法对作业于1 500 m水深的钻井船开展锚泊定位分析,比较两种方法的结果,并研究两种锚泊定位分析方法的特点。研究表明:不同设计阶段采用不同的锚泊定位分析方法能够提高设计的效率和精度。     

新型深水绷紧式系泊系统动力特性分析

通过对工作水深为1 500 m的新型绷紧式系泊系统中单根系缆进行动刚度和动张力计算,并与静刚度下计算结果比较,说明了在合成纤维系缆数值计算中考虑其动刚度特性的必要性;传统动刚度计算中将整条系缆作为直线考虑,假定系缆上的应力和应变处处相同,不考虑系缆自身重量,且忽略流体动力作用,这些假设和忽略降低了计算精度;基于集中质量法建立了系缆的动力学模型,提出采用分段动刚度方法通过迭代计算各缆段上的动刚度和动张力,并考虑了系缆自身重量、流体动力和海流等因素的影响;由于传统方法中取预张力作为平均张力计算会降低精度,于是提出基于统计的方法计算各缆段的平均张力,并用于该缆段动刚度的计算。该研究对于绷紧式系泊系统的数值分析和工程应用具有重要的意义。     

系泊系统非线性恢复力研究及其应用(英文)

Mooring system plays an important role in station keeping of floating offshore structures.Coupled analysis on mooring-buoy interactions has been increasingly studied in recent years.At present,chains and wire ropes are widely used in offshore engineering practice.On the basis of mooring line statics,an explicit formulation of single mooring chain/wire rope stiffness coefficients and mooring stiffness matrix of the mooring system were derived in this article,taking into account the horizontal restoring force,vertical restoring force and their coupling terms.The nonlinearity of mooring stiffness was analyzed,and the influences of various parameters,such as material,displacement,pre-tension and water depth,were investigated.Finally some application cases of the mooring stiffness in hydrodynamic calculation were presented.Data shows that this kind of stiffness can reckon in linear and nonlinear forces of mooring system.Also,the stiffness can be used in hydrodynamic analysis to get the eigenfrequency of slow drift motions.     

深水半潜式钻井平台运动性能与锚泊系统分析

以一座预想在我国南海作业、工作水深3 000 m的深水半潜式钻井平台为例,应用MOSES程序对该平台的运动性能和锚泊定位能力进行了系统的分析.首先建立平台的三维湿表面模型,采用三维绕射辐射理论进行计算,获得了作用在平台湿表面上的波浪载荷和平台响应的传递函数.结合南海海况资料,对平台运动响应进行了短期预报.然后采用时域耦合分析法对该平台锚泊系统的定位能力进行了计算.研究结果对该平台的模型试验具有参考意义.