深水悬链锚泊系统等效截断水深优化设计

工程中,常用的深水悬链锚泊线通常是由顶部锚链、中部钢索和底部锚链三段复合而成。该文采用分段外推的数值解法,考虑锚泊线所受的重力、张力、流力以及锚泊线的弹性伸长,利用黄金分割算法求解锚泊线顶端张力对应的顶张角,对其进行静力特性分析。基于混合模型试验方法应用,考虑锚泊系统静力特性相似,采用遗传算法编制开发等效截断水深系统优化设计程序。以一座工作水深为1500 m的深水半潜式平台为例,对其悬链式锚泊系统在700 m水深处进行等效截断优化设计计算,为下一步进行混合模型试验提供参考。     

悬链线方程在FPSO锚系相关计算中的应用

基于悬链线方程的相关知识,对南海常见的由下部锚链和上部锚缆连接而成的FPSO锚泊系统,分别建立下部锚链和上部锚缆的数学模型并进行详细的分析.在两种已知条件下求解锚链和锚缆组成的悬链线方程,介绍了锚系姿态和张力的分析计算方法.最后对锚系悬链线方程求解方法在工程中的应用提出了建议.     

菱形式风电运维生活平台锚泊系统设计研究

海洋平台需要通过锚泊系统长期锚泊于使用固定地点，来削弱外部环境载荷的作用。针对菱形式风电运维生活平台特点及黄海海域特定的海洋环境，根据设计要求，对菱形平台锚泊系统选型，分析环境载荷，提出四种系泊布置方案，给出四种系泊布置方案导缆孔位置坐标，运用静力分析的方法确定锚泊参数，得出四种方案锚固点位置，初步确定两种锚泊系统方案，对初定的两种方案锚泊线张力进行研究，最后统计分析校核锚泊线张力以得到最终的锚泊方案。并提出锚泊系统设计进一步的优化方法，为今后相关平台锚泊系统的设计提供理论依据。     

可潜式滚装码头锚泊系统试验研究

可潜式滚装码头由趸船、双体滚装平台和设有特种垂直锚装置的组合锚泊系统等组成。较详细介绍了趸船模型的设计、锚链的模拟方法,全面地分析了不同的锚泊组合方式下锚系的受力状况,得到囤船在风浪流组合条件下相关力学特性和响应规律。     

向量式有限元法在管土相互作用中的应用

向量式有限元法是基于向量式力学和数值计算的一种创新性的结构行为分析方法。文章采用三种弹簧模型模拟海床,将向量式有限元法用于钢悬链线立管触地段与海床土体相互作用研究中,编制相应Matlab求解程序,计算了端部施加一定位移下立管的位形和弯曲应力,并与他人基于有限差分法及ABAQUS的模拟结果进行对比,同时运用该方法分析了弹簧模型、土体刚度、土体吸力系数等参数对立管触地段变形和弯曲应力的影响。结果表明向量式有限元法在模拟静态端部位移加载下的管-土相互作用是准确和可行的,能够直接求解变形和内力,具有相对简洁性,此方法是对立管力学行为的模拟,符合实际运动变形过程。为模拟管-土相互作用提供了新方法,同时为进一步研究实际循环载荷下管-土相互作用奠定了基础。     

多点锚泊定位系统布锚夹角的影响及优化分析

[目的]为优化布锚夹角并满足锚泊线的强度要求,提出一种计算锚泊系统静回复力的方法。[方法]使用该方法,研究布锚夹角对平台静回复力、艏向变化及锚泊线受力均匀程度的影响。利用改进的遗传算法,优化布锚夹角,并从2个方面提高算法精度:一是通过对3种因素(静回复力大小、静回复力对扰动方向的敏感程度、锚泊线的受力均匀程度)的影响分析人为生成初始种群;二是结合自适应算法加强局部搜索能力。[结果]结果显示,改进后的遗传算法拥有更高的优化精度,把优化后的结果反馈给锚泊系统受力模型,可降低锚泊线对破坏强度的要求。[结论]所做研究可为锚泊系统布锚夹角及锚泊线材质的选择提供参考。     

FPSO组合运动对锚泊阻尼影响研究

应用时域全动态有限元法,探究了系泊式海洋结构物在一阶与二阶波浪力共同影响下产生低频运动与波频运动的组合运动响应时,锚泊阻尼特性变化以及主要参数对锚泊阻尼的影响,主要参数为海流速度和锚泊线预张力,从而得出加入波频运动后其对锚泊阻尼的影响趋势,以及在组合运动背景下,相关参数改变对锚泊阻尼的影响.结果表明:相对于低频运动成分,波频运动成分对锚泊阻尼影响十分显著,成为决定锚泊阻尼大小的主要因素;在组合运动背景下的参数研究与单一低频运动下所得到的结论相比,流速改变对锚泊阻尼的影响可以忽略,但对锚泊线预张力的影响很大.在以往单一低频运动下进行锚泊阻尼分析的基础上,文中对组合运动下的锚泊阻尼进行了系统性研究,并在组合运动背景下进行锚泊阻尼参数研究,为锚泊系统设计提供了更实际的参考.     

锚泊阻尼研究综述

对于系泊式海洋结构物而言,锚泊阻尼最大能够占到系统总阻尼的80%,因此,其对消耗运动能量并减小结构物由二阶波浪力引起的低频运动响应幅值起着重要的作用。综述了国内外海洋工程界在锚泊阻尼研究方面的几种主要方法:时域有限元法、准静态分析法、模型实验法,同时介绍了应用这些方法所取得的锚泊阻尼研究成果,最后结合研究现状,指出将时域有限元法应用于复杂海况下的锚泊阻尼特性分析是今后的主要研究方向。     

海洋半潜式平台多点锚泊系统设计与分析

海洋平台能否准确定位关系到平台能否正常作业。论文以8锚链对称布置半潜式平台为例,应用悬链线方程,编制程序计算了单根锚链的长度,并分析了锚链的静力特性;对多点锚泊定位系统进行了静力分析,计算多点锚泊系统的预张力及在任意偏移角度和位移下的回复力,得到锚泊系统的静力特性和刚度系数。结果表明,该锚泊系统水平回复力的大小与浮体的偏移位移成正比,而方向相反,系泊刚度系数可用于动力分析。该方法可用于其它类型的多点锚泊定位系统的计算分析。     

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。     

深水单根多成分系泊缆的静力分析

给出基于悬链线方程的深水单根忽略弹性的多成分系泊缆的静力分析方法,并以一工作水深为1000 m的两成分系泊验证该方法的正确性。运用迭代法和二分法相结合的计算方法准确、快捷地得到系泊缆形状关键数据,绘制悬链线图,完成系泊的静力分析。最后计算工作水深为2000 m的三成分系泊缆的静力特性,并给出张紧状态时的水平预张力。     

深海平台复合单系泊缆形状和张力分析

以一工作水深为310 m的转塔式浮式生产存储系统为例研究了复合单系泊缆索静力特性的计算方法,用C++编写了基于悬链线方程式的深海平台系泊缆形状和张力的分析计算程序,计算并分析了复合单缆在无浮筒重物、只有浮筒、只有重物、既有浮筒又有重物四种情况下的形状和张力,为动力计算提供条件。本方法简单直观,并且完成一次计算所耗时间不到1 s,特别适合于需要多次迭代计算复杂系泊系统静力特性的等效水深截断系统优化设计。     

局部系泊失效下半潜式平台的动力响应特性

运用ANSYS/AQWA软件建立半潜式平台和锚泊系统的三维分析模型,研究平台主体的运动响应特性和系泊链张力响应特征,并对系泊链断裂前后2种状态下的平台动力响应特性进行对比分析。结果显示:当局部系泊链断裂后,系泊链最大张力最高增加18.07%,系泊链的可靠性最高降低了146.16倍;而平台的横摇角最大值增加了15.99%,横荡最远距离增大100%;系泊链3断裂时,平台的纵荡最远距离增大116%。因此,需要避免环境载荷迎面系泊链断裂的情况,一旦发生断裂,需要立即采取措施,以避免系泊系统发生连锁失效反应,同时采取适当措施降低平台横荡、纵荡和横摇的增加,从而保证平台和人员安全。     

不同系泊模式LNG旁靠超大型FSRU系泊系统设计及水动力性能分析

本文采用规范设计、理论分析和数值仿真相结合的方法,建立LNG船与LNG-FSRU两船旁靠系泊的理论和数值分析模型,对LNG旁靠FSRU码头系泊和软钢臂单点系泊两种典型系泊模式下的转运及卸载作业进行数值分析.同时考虑外部海洋环境风、浪、流组合作用下的综合作业工况,确定FSRU与LNG近距离旁靠作业时系泊设备、缆绳种类、固定式和漂浮式护舷的选型和布置,对LNG、FSRU船的运动特性以及运动过程中缆绳张力和护舷受力开展统计分析,优化系泊系统布置和参数.在系泊系统设计和分析的基础上,根据系泊缆的直径、所受最大张力值,为系泊设备选型提供参考,便于开展码头系泊系统和单点系泊系统布置研究.基于旁靠系泊的设计标准提出LNG-FSRU安全作业的最大允许海况,为LNG-FSRU的运营提供可靠的技术保障.     

复杂系泊系统静力特性快速计算方法研究

以一工作水深为375 m的转塔式浮式生产存储系统(FPSO)为例,研究了复杂系泊系统静力特性计算方法.基本思路是,首先计算出每种类型锚泊线的水平张力TH-水平跨距X曲线,以离散点的形式给出;然后依次给出上端系缆点水平移动距离,相应的计算每根锚泊线新的水平跨距,再根据这些新的水平跨距在对应的TH-X曲线中插值求出此时的每根锚泊线水平张力,将其向X轴正方向投影,合成后即得上端系缆点移动后的系泊系统X方向水平恢复力.对垂直方向的恢复力计算方法与此类似.计算结果与Dynfloat软件结果吻合得很好.此方法简单直观,容易理解,且耗时较少,比较适用于复杂系泊系统静力特性计算.     

半潜型浮式风机运动特征及系泊系统的研究

近年来海上浮式风机的研究备受关注,安全可靠的系泊系统将保证风机在风、浪、流等复杂环境荷载作用下稳定运行,准确合理地描述风机运动将为评估风机发电效率提供支持。以半潜型浮式风机的系泊系统为研究对象,基于经典悬链线理论,采用准静态分析法提出一套系泊系统的设计方法。通过坐标变换,得到风轮真实的俯仰运动用于计算风机的动力效应及评定其发电效率。采用动力法分析了系泊系统锚链的导缆孔位置、预张力大小、锚链间夹角等参数对风机系统发电效率、浮式平台运动性能和系泊锚链张力的影响,得到了浮式平台迎风面俯仰倾角、水平偏移及锚链张力随参数的变化规律,为半潜型浮式风机系泊系统的设计提供了参考。     

深水系泊缆动力特性研究

悬链式系泊缆现被广泛使用于海洋平台的定位中,掌握其力学特性对确保海洋平台的安全有非常重要的意义。使用二维集中质量法建立了单根悬链式系泊缆的力学模型,运动方程通过C#编程语言实现计算并通过算例验证了正确性, 系泊缆动力特性的计算程序采取了动态循环数组存储的方法,节省了存储空间。研究了系缆上端点激励为x轴方向简谐运动时节点19、17、15、13、11和9的运动轨迹以及张力最大值最小值的变化趋势,最后在频域对各节点功率谱进行了分析,并得出一些有意义的结论,为海洋平台的发展以及主动式混合模型试验提供了一定的参考价值。     

基于模糊决策的锚泊定位系统张力分配优化

锚泊系统张力场分布的优化往往忽视单根锚链受力.为减小锚链的受力强度,同时维护张力场分布均匀程度,提出一种基于遗传算法随机性的决策集合生成方法,并结合广义q-ROF-TODIM决策法形成模糊决策策略.通过分析锚链顶端水平张力均值和张力场分布均匀程度均值随决策指标权重的变化确定指标权重,以基于改进降维遗传算法的张力分配策略为对象,对比分析优化前后锚链顶端水平张力和受力均匀程度时程.结果表明,经模糊决策方法优化的张力分配策略在合理偏好权重下能有效降低单根锚链的顶端受力强度,同时维护锚链张力场分布的平衡性,进而确保锚泊定位系统的安全可靠.研究结论可为锚泊定位控制系统优化设计提供参考.     

大型非自航绞吸挖泥船锚泊能力分析方法

针对大型非自航绞吸挖泥船的防台问题,建立了绞吸挖泥船的水动力模型,采用准静力分析法和时域动力分析法分别计算不同工况下绞吸挖泥船的锚链波频张力和锚链最大张力。对比两种方法的计算结果,科学地评估绞吸挖泥船的系泊承载能力。结果显示,准静力分析法和时域动力分析法都可以较好地用于绞吸挖泥船系泊能力的计算,绞吸挖泥船所配备锚链和锚可满足15级台风下的防台定位需求,保证该锚泊定位安全。     

新型多筒式FDPSO概念设计及其系泊系统分析

为研究新型多筒式浮式钻井生产储卸油轮（FDPSO）的系泊系统及其动力响应特性,评估其系泊系统的疲劳性能,针对新型FDPSO的总体布置,以中国南海1 000 m水深为背景,设计新型储油装置的系泊系统,研究系泊点和导缆孔、系泊缆布置及系缆的结构形式。考虑腐蚀和南海风浪条件,计算系泊系统的动态响应,校核系泊系统的强度,计算系泊状态FDPSO的运动响应和系缆张力。考虑南海西沙波浪分布,采用S-N曲线以及Miner线性累计损伤理论,并采用雨流计数方法,对系泊系统进行疲劳分析。结果表明,设计的多筒式FDPSO的系泊系统能够满足作业定位的要求,可以抵御百年一遇的风浪作用,疲劳寿命大于设计寿命的3倍。