锚链预张力对FDPSO运动响应的影响

作为一种综合性浮式平台,浮式钻井生产储油船简称FDPSO,具备石油钻探、生产、储备等功能,是在浮式生产储油船的基础上发展而来。FDPSO主要工作于海况比较恶劣的深水海域,因而如何准确预报FDPSO的运动响应和锚链的预张力非常必要。本文基于时域耦合方法对FDPSO运动响应和锚链的预张力进行预报,在此基础上将数值结果与试验结果进行对比以验证理论计算的可靠性。通过改变锚链线的预张力来研究预张力对FDPSO运动响应的影响。文中提供了运动响应的时历曲线和响应谱,并对比分析其中的异同,结果表明锚链预张力对纵荡、横荡和横摇运动的响应影响比较大。     

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。     

极限海况下浮标运动及锚链受力估算

本文首先利用三维势流理论计算了自由浮标体的附加质量、阻尼系数以及运动响应,然后通过卡明斯六自由度运动方程,对极限海况下两个水深的三锚系统的浮标运动及锚链受力进行了数值模拟估算,可以为浮标及锚链设计提供参考。     

新型FDPSO涡激运动试验研究

以一座工作水深为1500m的新型深吃水变截面多立柱式FDPSO为研究对象,对其在300m等效截断水深锚泊系统系泊时的涡激运动特性开展了模型试验研究.模型试验在上海交通大学海洋工程国家重点实验中进行,缩尺比取为1:80.本文重点对不同工况下平台的横向涡激运动、响应谱和运动轨迹进行了系统性研究.研究结果表明:平台的横向运动频率未出现典型"锁定"现象,而是一直保持在接近固有横荡频率的范围内;同一流向下,平台纵向运动的平衡位置与最大振幅均随着折合速度的增加而增加.与其他经典平台相比,本文新型FDPSO最大横荡振幅值随折合速度的变化呈现不同的趋势.随着折合速度的增加,横荡运动的最大振幅与标称振幅之间的差值增大.     

正常靠泊下趸船位移及锚链张力的简单估算

浮码头趸船靠泊位移和锚链张力的确定十分困难,目前尚无行之有效的方法。结合悬链线经典理论,运用物理及力学方法,通过分析浮码头正常靠泊情况下能量的传递途径推算趸船的运动幅度和锚链张力,以供类似工程参考。     

新型FDPSO运动抑制系统阻尼特性试验研究

圆筒型FPDSO对环境载荷方向不敏感,但其垂荡运动性能相对较差,造成运动响应难以控制的问题。为此,提出由减动结构与延伸筒体组合的运动抑制系统,加装在圆筒型FDPSO上增大运动阻尼,以实现抑制垂荡运动幅值的功能。通过1∶77.8的缩尺模型开展自由衰减试验,采用无接触式六自由度运动测量仪测量试验模型的垂荡、纵摇自由衰减运动,测试不同减动结构对圆筒型FPDSO阻尼性能以及运动固有周期的影响。试验结果表明,减动结构与延伸筒体间隙以及减动结构外伸边锋对于阻尼性能影响显著,增大减动结构的外伸可以有效增大结构的阻尼,加大间隙也可以增大阻尼。     

月池对FDPSO水动力性能的影响分析

采用数值模拟的方法,分析了不同尺寸、位置、吃水的月池对FDPSO船体附加质量和阻尼系数的影响。建立FDPSO三维水动力模型,采用水动力计算软件AQWA,研究了月池在不同尺寸、位置、吃水情况下对FDPSO横荡、垂荡、横摇附加质量和阻尼力的影响。结果表明：月池内流体的“活塞”振荡会增大船体的垂荡运动;FDPSO船体附加质量和阻尼力在频域范围内存在极值,垂向附加质量和阻尼力极值对应的波浪频率位置与月池尺寸、吃水有关,与位置无关。     

张力腿平台的环境荷载及响应

通过对张力腿平台的资料分析和案例模拟研究，概括了张力腿平台的环境荷载，探讨了平均环境荷载、波频荷载、低频荷载和高频荷载对张力腿平台运动的影响，分析了张力腿平台的运动特点，介绍了环境荷载与平台响应计算中所涉及到的关键因素以及世界上通用的设计规范，提出了开展我国深水海域开发研究的建议。     

海流对半潜式平台拖航运动响应和拖缆张力影响研究

为准确评估不规则海流载荷对半潜平台拖航作业安全性的影响,本文基于耦合时域分析理论和势流理论,通过半潜平台-拖缆-拖船耦合动力学模型,对相同波浪环境和拖航速度下不同的海流速度和流向角对半潜平台拖航运动响应及拖缆张力的影响进行分析。研究表明：风浪条件一定的情况下,海流速度和流向角对平台垂荡和纵摇影响较小,对横摇和拖缆张力影响较大;随着流速和流向角的增大,平台垂荡逐渐增大且增幅不断扩大;不同流速和流向角下的平台横摇和纵摇角都在±3.5°内波动;拖缆张力最大值在流向角90°时取得,因此拖航过程中应避免航向与流向呈90°夹角,且当流速达到1 m/s时不宜进行拖航。     

预张力对码头系泊缆绳最大张力及船舶位移的影响分析

为在制定系泊方案时合理考虑缆绳张力和船舶位移优化控制,使用与MEG4原则相符的系泊计算软件,考虑预张力从0%～60%的变化范围,计算预张力、缆绳最大张力和船舶位移,分析变化趋势、极值点、拐点特征及缆绳刚度和环境载荷的变化,结果表明,存在最优的预张力值,使缆绳最大张力达到最低;船舶位移曲线存在拐点、在拐点之后船舶位移不再随预张力的增大而显著降低;最优预张力和拐点位置与缆绳刚度基本无关,但在环境载荷增大时建议增大缆绳预张力。     

基于Narx网络模型的系泊缆截断点运动计算

主动式截断混合模型试验技术是一种新兴的海洋工程试验技术,然而由于缆索运动具有较强的非线性特征,时域内系泊缆截断点处的运动往往需要采用数值方法进行迭代求解,运算量十分可观,成为实现主动式混合模型试验技术的障碍。文中提出一种基于Narx网络模型计算时域内缆索截断点处加速度方法,该方法较一般数值方法所需要的计算时间更少且能保证较好的计算精度。     

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.     

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。     

浅水中浮式栈桥单浮箱系泊系统及运动响应特性

基于三维势流理论,利用水动力分析软件AQWA对浅水中浮式栈桥单浮箱系泊系统及运动响应进行研究。对初步设计的多种系泊系统进行优选,并计算浮箱在最优系泊系统下的运动响应幅值算子RAO。结果表明:聚酯缆材料极易疲劳破坏,浅水中交叉型半张紧式锚链系泊表现出良好的系泊性能。浮箱的振幅响应算子RAO与波浪周期变化及波浪作用方向有不可分割的关系,当波浪入射角为120°~150°时,浮箱的纵荡及纵摇RAO较大。为保证较小的垂荡值,浮箱布置可沿入射波方向。为保证较小的首摇角,浮箱布置应避免与来浪呈120°的入射角。     

极端海况下深水单点系泊系统FPSO运动响应分析

针对500年一遇的极端海况条件,对15万吨深水单点系泊系统FPSO的运动响应和系泊线受力特性进行了研究,为FPSO后续的基本设计和详细设计提供技术分析依据.基于水动力计算软件AQWA和ORCAFLEX,分别研究了500年一遇海况波浪主控环境条件、风主控环境条件、流主控环境条件对15万吨深水单点系泊FPSO运动响应的影响.计算结果表明:压载状态下运动响应幅值普遍大于满载状态下的运动响应幅值,波浪主控环境条件对FPSO运动响应的影响要明显大于风流主控环境条件,且风浪流成夹角作用时FPSO运动响应更大.     

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。     

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。     

Numerical investigation of mooring line damping and the drag coefficients of studless chain links

The chain/wire rope/chain combination is a commonchoice for mooring offshore floating platforms. However, data ofthe drag coefficients of chain links are rather limited, resulting inuncertainties with the calculations of the drag force, and hence thedamping of the mooring system. In this paper, the importance of theselection of the drag coefficient is first investigated. Thecomputational fluid dynamics （CFD） method is then used todetermine the drag coefficients of a studless chain under steadyflows. Numerical model validation is first completed by simulatinga smooth circular cylinder under steady flows. In particular, theperformance of different turbulence models is assessed through thecomparisons between the calculations and the experimental results.The large eddy simulation （LES） model is finally selected for thesimulation of steady flows past a chain. The effects of the Reynoldsnumber on the drag coefficient of a stud-less chain is also studied.The results show that the calculated drag coefficients of a stud-lesschain are fairly consistent with the available experimental data.     

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.