平台运动影响下张力腿涡激振动特性研究

张力腿涡激振动易引起系泊系统的疲劳损伤,危害张力腿平台的安全性和可靠性。该文借鉴细长立管涡激振动的相关研究,同时考虑张力腿与立管在截面尺度、预张力大小以及边界条件存在的巨大差距,采用切片理论结合CFD数值模拟方法,对平台运动影响下张力腿涡激振动开展了研究。考虑定常张力与时变张力对涡激振动的影响,采用GAMBIT软件分区建立了多切片计算网格,将编制求解涡激振动的UDF程序嵌入Fluent软件中,采用动网格技术实现流场的更新并计算作用于张力腿上的瞬时升力和拖曳力。文中还比较了仅考虑流和考虑浪、流联合作用张力腿的时变张力影响,研究了两种典型波高共计六种工况,计算结果表明：随着流速的增加,各模态权重比例将发生跳转现象;尽管由于平台运动导致张力腿受力的随机性,但平台运动对张力腿涡激振动影响较小。     

平台运动对张力腿非线性涡激振动的影响

把张力腿简化成线性的欧拉-伯努力梁模型，研究了在波浪海流及浮体共同作用下，张力腿的横向非线性涡激振动，采用Galerkin法把非线性的偏微分方程转化为常微分方程，应用4阶龙格-库塔法进行数值求解。结果表明，平台的运动是影响张力腿横向涡激振动的一个重要因素。     

张力腿平台涡激运动特性的试验研究

文章基于物理模型试验,对张力腿平台的涡激运动问题进行了探讨,研究了横向和顺流向涡激运动频率及响应特性。试验结果表明:在锁定区,涡激运动频率与平台在海流中的位置有关。当结构沿流向对称时,顺流向振荡频率是横向振荡频率的两倍;当结构沿流向不对称时,顺流向振荡频率与横向振荡频率相同。试验结果还表明,流向角是影响平台运动轨迹的关键因素,当流向角为0°和45°时,平台运动轨迹呈不规则"8"字形;15°和30°时,运动轨迹为"香蕉形"。     

张力腿平台涡激非线性振动稳定性研究

本文研究海洋张力腿平台的张力腿由于涡激产生的非线性振动的稳定性。其数学模型既考虑由平台升沉运动而产生的中心激振,又计及流体平方阻尼力作用。文中着重研究当涡激频率与结构的第一固有频率相接近时,张力腿产生不稳定运动的可能性以及稳定解的特性,考查分叉及浑沌是否发生。     

深水海洋平台张力腿涡激非线性振动响应研究

本文研究了深水张力腿平台的张力腿在不均匀流及波、流联合作用下由涡串激起的横向振动。在数学模型中既考虑由于平台的升沉运动而产生的中心激振,又计及流体平方阻尼力作用。文中采用多项Galerkin法和数值积分以及Runge-Kutta法进行数值解。以Conoco′s Hutton张力腿平台为例,计算了结构的动力响应。讨论了多项位移表达对动位移、动弯矩和切力的影响,以及升力系数、阻力系数和中心激振参数对响应的影响等。     

不同间距比方柱涡激运动特性研究（英文）

采用有限体积法对间距比为3.0,4.0,5.0的方形四立柱涡激运动特性进行了数值研究。着重探讨了间距比对振动幅值,升力系数频谱特性,涡脱模式的影响。引入动网格技术来实现立柱和流场之间的流—固耦合模拟。研究表明:三种间距比下,流向振幅随折合速度先增大后振荡。从升力系数谱分析,在不同折合速度下,系统能量出现多个或单个峰值,但能量相对仍比较集中。当间距比较小时,由于流场的干扰作用,柱体的尾涡结构凌乱而不规则;当间距比较大时,各柱体都有各自单独的涡街,但干扰现象依然存在。     

张力腿平台垂向响应纵摇运动研究（英文）

Tendons vertically moor Tension-Leg Platforms(TLPs), thus, a deep understanding of physical tendon stresses requires the determination of the total axial deformation of the tendons, which is a combination of the heave, pitch, and surging responses. The vertical motion of the lateral sides of the TLP is coupled with surge and constitutes a portion of the pitch motion. Tendons are connected to the sides of the TLP; hence, the total displacement of the lateral sides is related to the total deformation of the tendons and the total axial stress. Therefore, investigating the total vertical response at the sides of the TLP is essential. The coupling between various degrees of freedom is not considered in the Response Amplitude Operator(RAO). Therefore, in frequency domain analysis, the estimated vertical RAO is incomplete. Also, in the time domain, only the heave motion at the center of TLP is typically studied; this problem needs to be addressed. In this paper, we investigate the portion of the pitch motion in the vertical response at the sides of the TLP in both the frequency and time domains. Numerical results demonstrate a significant effect of the pitch motion in the vertical motion of the edges of the TLP in some period ranges.     

深水张力腿平台非线性涡激特性及水动力性能研究

平台涡激运动易导致立管及系泊系统疲劳损伤,危害其安全稳定性。该文引入雷诺平均法求解NS方程结合DES湍流模型对不同流速下深水张力腿平台三维涡激运动及流场特性进行了数值研究。采用GAMBIT软件建立计算网格,将求解动力学控制方程的代码嵌入UDF求解器中,采用动网格技术实现流场更新并求得作用于平台立柱和浮箱上的瞬时升力和拖曳力。采用最大值统计法和均方根统计法进行数据统计。研究发现:张力腿平台涡激运动流向振幅的大小随着约化速度的增大而增大,但在小范围内波动;横向振幅曲线最大值出现在0°来流、约化速度U~*=8.0处,大小为0.38D;三种来流工况流向平衡位置随无因次速度的增大而增大,但增长速度有所区别,22.5°和45°下流向平衡位置的增加速度要明显大于0°来流;22.5°来流升力系数谱能量较为分散,立柱及浮箱之间的干扰具有强非线性效应;最后对张力腿平台表面压力系数分布及涡量等值面特性进行了分析和探讨。     

张力腿系缆系统涡激振动疲劳可靠性分析

张力腿平台的系缆系统在波流的联合作用下非常容易发生疲劳破坏.文章通过多项Galerkin方法对张力腿系缆系统的涡激振动方程进行求解,获得了系统的非线性动力响应.并综合考虑疲劳评估中相关参数和程序的不确定性,运用断裂力学的方法对系缆系统进行疲劳可靠性评估.文中还分别运用FORM和蒙特卡罗仿真对具体算例进行了计算.     

海洋平台张力腿在两种边界条件下的涡激非线性振动的比较研究

本文采用了一种新的边界条件对海洋平台张力腿的横向运动进行研究,并以通用的边界条件比较分析两种边界条件下张力腿的动态响应。同时还研究了多项伽辽金法的精确度问题。所得结论对ＴＬＰ的设计具有重要的参考价值。     

系泊刚度对半潜式平台涡激运动响应的影响研究（英文）

以四柱半潜式平台为研究对象,基于模型试验方法分析不同系泊刚度下的平台涡激运动（VIM）特征。由于涡激运动对系泊系统极限张力和疲劳寿命的重要贡献,因此重点研究系泊刚度对平台横向涡激响应的影响。结果显示：系泊系统刚度的变化对横向涡激运动的最大响应幅值影响较小,运动响应曲线随无量纲折合速度的分布趋势基本一致;但相同流速下平台具有完全不同的涡激运动响应特性,这表明若当前流速引起了平台大幅度的涡激运动,可通过调节系泊线预张力来改变系泊系统的刚度,使其固有频率避开平台旋涡脱落的频率范围,从而抑制平台的横向涡激运动;当平台受到来自不同方向的水流作用时,需采用不同的刚度调整策略。此外,文中还详细分析了平台在XY平面上的涡激运动轨迹、涡激锁定现象如共振和频率锁定、不同系泊刚度下涡激响应的谱。相关结论对实际平台作业具有重要的参考价值,为处于涡激共振状态下的平台运动抑制提供了一种新的思路。     

张力和流场分布对张力腿涡激振动响应的影响分析

本文以尾流振子模型为基础,通过改进Lyong的半经验公式法,研究了张力腿的张力变化以及流场分布对张力腿涡激振动响应的影响.计算结果表明,张力腿的张力改变,使各阶模态的锁频区域分布发生变化,从而改变了结构的涡激振动响应;流场分布的响应计算表明,同样的流场分布对不同阶模态的激励作用的效果不同,因此最后的响应结果是各阶模态响应的综合.     

张力和流场分布对张力腿涡激振动响应的影响分析

本文以尾流振子模型为基础,通过改进Lyong的半经验公式法,研究了张力腿的张力变化以及流场分布对张力腿涡激振动响应的影响.计算结果表明,张力腿的张力改变,使各阶模态的锁频区域分布发生变化,从而改变了结构的涡激振动响应;流场分布的响应计算表明,同样的流场分布对不同阶模态的激励作用的效果不同,因此最后的响应结果是各阶模态响应的综合.     

平台运动下悬链线立管涡激振动响应特性分析

悬链线立管会在半潜平台运动带动下出现涡激振动现象,对立管疲劳寿命造成影响。借助海工结构物动力分析软件Orcaflex建立立管模型,使用Iwan-Blevins尾流振子模型进行数值模拟。通过与试验结果对比验证了该方法的可行性。同时建立实尺度悬链线立管模型,并考虑背景海流的影响,分析平台垂荡、纵荡运动下的立管涡激振动响应和疲劳损伤。研究表明,平台运动产生的非定常流场将引起悬链线立管发生涡激振动现象,并在背景洋流激励的基础上增大疲劳损伤,在立管结构实际工程设计时应予以关注。     

平台运动下悬链线立管涡激振动响应特性分析

悬链线立管会在半潜平台运动带动下出现涡激振动现象,对立管疲劳寿命造成影响.借助海工结构物动力分析软件Orcaflex建立立管模型,使用Iwan-Blevins尾流振子模型进行数值模拟.通过与试验结果对比验证了该方法的可行性.同时建立实尺度悬链线立管模型,并考虑背景海流的影响,分析平台垂荡、纵荡运动下的立管涡激振动响应和疲劳损伤.研究表明,平台运动产生的非定常流场将引起悬链线立管发生涡激振动现象,并在背景洋流激励的基础上增大疲劳损伤,在立管结构实际工程设计时应予以关注.     

基于响应分析的张力腿平台设计方法（英文）

The typical industry practice for Tension Leg Platform(TLP) design focuses on a conventional short-term design recipe, which assumes that an N-year design environment leads to an N-year response. In the response-based design method, the TLP is designed to withstand N-year responses rather than respond to N-year environmental conditions. In this paper, we present an overview and a general procedure for the response-based design method and use a case study to compare the critical TLP responses between the two methods. The results of our comparison show that the conventional short-term design method often contains an element of conservatism and that the response-based design method can reduce the design conditions and thereby achieve cost savings.     

一腱断裂下深水张力腿平台非线性动力响应及系泊特性研究（英文）

张力腿平台采用特殊的垂直系泊系统,属于半顺应半刚度式平台,平台主体-系泊系统-立管之间的耦合动力响应是张力腿平台设计的关键,直接影响平台的安全性和可靠性。文中首先采用数值模拟和模型试验相结合的手段对一座工作水深为500m的张力腿平台运动响应和系泊特性进行了对比验证,模型缩尺比为1:40,试验在上海交通大学海洋工程国家重点实验室进行,数值计算采用SESAM软件。在试验验证的基础上重点对一腱断裂的前、后平台水动力性能进行了对比分析,重点关注有义波高、特征周期以及浪向角等因素对六自由度运动响应以及张力腿张力特性的影响。     

近海三角张力腿平台钢筋束假定失效研究（英文）

Offshore triceratops is one of the successful manifestations of the form-dominant design approaches deployable in ultra-deepwater oil and gas exploration. The deck’s geometric shape and partial isolation from the legs counteract lateral loads. Legs are position-restrained to the sea bed by taut-moored tendons, while ball joints partially isolate the deck from the buoyant legs. However, compliance in the horizontal plane imposes large displacements, intuiting the necessity to examine tendon failu...     

新型深吃水多立柱FDPSO变截面立柱涡激运动特性研究（英文）

文章采用FLUENT软件结合分离涡法对某新型深吃水多立柱FDPSO变截面立柱涡激运动特性开展了研究。将变截面立柱涡激振动系统简化为质量-弹簧-阻尼模型,引入雷诺平均应力模型求解不可压缩粘性Navier-Stokes方程,通过计算出流场作用于柱体的瞬时升力与阻力,并基于UDF程序求解运动微分方程同时运用动网格技术实现流场更新,实现了对变截面立柱涡激运动的数值模拟。对不同来流速度下变截面柱绕流和涡激运动特性进行了研究,分析了变截面柱阻力系数、升力系数、运动幅值和运动轨迹等,研究发现:在高雷诺数单柱绕流模拟中采用三维数值模型更具优势,变截面柱后方同一时间内可能有多个旋涡产生,旋涡之间相互影响,抑制了旋涡对柱体的升阻力作用;在折合速度6~9范围内,变截面柱未出现明显"锁定"现象;变截面柱涡激运动的横荡振幅峰值在U_r=4.5,约为1.2D;变截面柱流向平衡位置随着折合速度增加而增加;变截面柱运动轨迹出现了典型的"8"字形,但变截面柱的轨迹相对较紊乱。     

变张力细长柔性立管涡激振动响应特性数值研究

基于尾流振子模型,对轴向时变张力下细长柔性立管涡激振动响应特性进行数值研究。研究考虑三种不同的流剖面：线性剪切、指数剪切、以及真实阶梯流剖面;采用二阶中心差分方法求解结构振动和尾流振子的耦合方程;系统地比较三种不同流剖面下结构的振动位移、振动频率、位移包络线,以及位移时空演化等VIV响应特性。数值结果表明,线性剪切流下VIV振动位移和振动频率均与真实阶梯流下位移和频率存在很大差别,指数剪切流下VIV振动位移与真实阶梯流下情况非常接近,但指数剪切流下VIV振动频率与真实阶梯流下频率仍有较大差别。