聚酯缆系泊系统动态刚度模拟方法对比分析

关于聚酯缆非线性刚度在系泊分析中的模拟,采用几种典型的聚酯缆动态刚度模型,对某半潜平台的系泊系统响应进行对比分析,得到不同刚度模型对系泊结果的影响,对动态刚度的模拟方法选取进行总结。     

深水半潜平台聚酯缆非线性刚度模拟分析

为了解深水半潜平台系泊系统聚酯缆不同张力状态下轴向刚度非线性特性,采用聚酯缆静态-动态刚度模拟方法,利用聚酯缆静态刚度作为初始输入,通过时域分析获取动态刚度及长度,对不同环境条件作用下,不同位置聚酯缆重新设置独立动态刚度及长度进行二次时域分析,计算半潜平台系泊系统受力及运动,与其他模拟方式计算结果对比表明,本文方法可以较为准确地反映半潜平台运动和系泊系统受力,降低计算量,提高设计效率。     

系泊油轮与海上平台的碰撞力分析

考虑风、浪、流的联合作用以及平台护舷非线性恢复刚度,研究船舶系泊状态与平台的撞击力及其分布规律。针对不同的风、浪、流的作用方向以及不同的风速、波高及流速,计算波浪和海流的载荷,建立系泊船舶的分析模型,采用频域与时域分析方法,进行系泊船舶运动及其与平台之间碰撞力的仿真,得到系泊船舶与平台的碰撞力时间历程,并分析不同碰撞力发生的概率,确定发生最大碰撞力的风、浪、流方向,比较常量护舷刚度与非线性护舷刚度的计算结果。结果表明,橡胶护舷刚度的选取对于碰撞力的计算结果影响显著,选取非线性护舷刚度计算靠泊碰撞力十分必要,用目前的经验公式计算得到的碰撞力偏差较大。     

单点系泊系统系泊力响应特性分析

为了得到单点系泊油轮在浅水域的安全装载方案,通过水平刚度物理模型试验与数值模拟得到了系泊系统刚度的影响参数,通过风浪流联合作用工况试验得到软刚臂水平系泊力响应。对船体吃水与软钢臂压载舱重的工作参数对水平系泊力的影响进行了分析。进一步地,对浅水不规则波的周期、非线性及低频等特征参数对系泊力的影响进行了讨论。     

软刚臂系泊LNG-FSRU水动力模型试验研究

LNG-FSRU采用软刚臂单点系泊系统定位于特定海域在风、浪、流联合作用下进行作业,其运动非常复杂,必须进行水动力性能研究.本文针对35万立方米超大型LNG-FSRU,采用软刚臂单点系泊系统定位方式,开展了风、浪、流联合作用下水动力模型试验研究.软刚臂系泊系统软中各构件间的连接方式及Yoke重量相似是模型试验的关键,试验对该系泊系统的相似性进行了模拟,并将试验结果与数值计算结果进行了对比分析,结果显示,软刚臂系泊系统刚度曲线呈现非线性,试验结果与数值结果吻合良好,表明试验中对于软刚臂系泊系统的模拟是合理的,反映了LNG-FSRU在风、浪、流联合作用下的运动特性.     

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。     

深水半潜式钻井平台纤维材料系泊方案研究

针对一个工作于墨西哥湾海域1500m水深的半潜式钻井平台,选择polyester PET,polyester PEN和HMPE三种合成纤维材料及不同轴向刚度进行系泊方案设计,考虑系泊线的非线性动态特性和平台与系泊线之间的相互影响,在时域内进行耦合计算分析.并与传统的锚链钢缆组合的悬链线式系泊方式进行比较,发现悬链线方式很难保证平台的活动半径在要求范围之内,而由新型纤维材料组成的张紧式系泊方式则能达到良好的定位效果.经进一步对三种材料系泊系统对平台运动和系泊线受力以及经济性的比较,确定polyester PET最满足此半潜式钻井平台的安全作业要求.     

缆绳非线性刚度对深海系泊系统的影响

聚酯缆绳因其质轻、无腐蚀而多用于深海系泊系统。聚酯缆绳的材料非线性决定了在实际工程应用中,轴向刚度表现为非线性特性。针对此特性,以动态时域方法分析聚酯缆绳的数值模型,在风、浪、流的环境载荷作用下,考虑FPSO的耦合作用,对比轴向线性刚度与轴向非线性刚度下的船体运动响应和聚酯缆绳的张力。结果表明,非线性刚度更能准确描述船体真实运动及缆绳的张力变化,对以后优化锚泊系统的设计有着重要的意义。     

卸载浮标系统运动响应分析*

深水卸载浮标系统具有相对较小的排水量和惯性,其系泊缆索的质量、阻尼和刚度会对卸载浮标系统产生非常大的影响,因而对浮标和其系泊系统进行准确的耦合动力响应分析十分重要.应用边界元方法计算浮标的水动力,通过快速傅立叶变换,将频域计算结果变换到时域;基于全量的拉格朗日表述和两节点的等参索单元,应用几何非线性有限元方法和Newmark方法计算了系泊缆索张力;最后应用四阶龙哥库塔法计算浮标及其系泊缆索的时域耦合运动方程,得到浮标运动响应和缆索张力.     

SPAR平台系泊系统模态分析

考虑深水系缆的拉伸和弯曲变形,取正交坐标和切向量描述任意结点的6个广义位移,计及缆变形的几何非线性和水动力影响,基于细长杆理论推导缆索的单元刚度矩阵,得到12×12的非线性单元刚度矩阵,实现了单元与有限元软件的调用对接.针对水深318m的Spar平台,四根缆定位,计算了前12阶固有频率和模态.计算结果表明,上述单元刚度矩阵能够反映深海系泊缆的力学特性,得到的频率和模态特性基本合理.     

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.     

深海系泊浮体物面非线性时域耦合动力分析

文章基于三维时域势流理论和弹性细长杆理论,研究并提出了深海系泊浮体物面非线性时域耦合动力分析方法。该方法采用时域物面非线性理论方法在瞬态位置直接时域模拟系泊浮体所需水动力,结合有限元方法计算系泊缆索的动力响应,利用异步耦合方法实现浮体和系泊缆索的时域耦合动力求解。既满足系泊浮体时域水动力耦合,又满足系泊浮体和系泊缆索动力耦合。通过对二阶非线性不规则波作用下深海系泊半潜式平台的时域耦合响应特性进行研究,将不同海况下物面非线性时域耦合静力响应和动力响应与间接时域耦合动力响应的三种方法计算结果进行比较。研究结果表明,系泊缆索动力响应明显,平台瞬态空间位置对垂荡低频运动影响较大,有必要在平台瞬时湿表面采用动力响应方法进行深海系泊浮体时域耦合响应分析。     

FPSO单点系泊系统动力截断优化设计

浮体系泊系统在海洋工程水池进行模型试验时,由于水池尺度有限,首先对系泊线进行等效截断设计,是被动式混合模型试验的重要一步。截断设计时,基于细长杆理论,模拟系泊线的非线性动力特性,将计算所得时域内的系泊力转换到频域响应,选择有代表性的频率及响应建立目标函数,结合NSGA II优化算法,确定最优截断系泊参数,计算快速准确。针对一作业水深420m的FPSO单点系泊系统,进行水平截断设计。截断前后系泊系统和单根系泊线的静力特性吻合很好。截断系泊系统在不同环境载荷作用下的总体响应和系泊动力,都与截断前一致。证明了截断设计的合理性和准确性,为后续的模型试验工作打下了基础。     

浮码头与旁靠船舶的运动响应特性研究

本文基于三维势流理论，采用数值分析方法研究了浮码头与散货船旁靠系泊的运动特性。考虑缆绳和护舷的非线性特性，探求了波浪周期对浮体运动、系缆力的影响规律。研究结果表明：考虑间隙内水体运动影响，旁靠散货船在横浪条件下的纵摇和纵荡运动有所增大。浮码头在计算工况下，缆绳受力较大，在某些工况条件下超出了国际系缆力标准的要求，旁靠散货船的缆绳在计算工况下均未超标，满足要求。研究结果为浮码头系泊系统的设计及工程运营提供理论参考。     

浅水中OSV锚泊定位分析研究

本文采用数值计算方法对浅水中海洋平台支持船(OSV)的锚泊定位性能开展研究.首先,基于三维频域势流理论,对一艘OSV不同水深的水动力性能开展分析,计算了水动力系数、运动幅值响应算子、一阶波浪力和二阶波浪力.由于浅水中非线性效应显著,本文采用中场公式计算了该OSV全二阶波浪力传递函数(Full Quadratic Transfer Function,简称全QTF).然后,本文对不同水深下锚泊系统的水平刚度开展了分析,计算了不同水深下锚泊系统的水平刚度,研究了水深对锚泊系统水平刚度的影响.最后,采用准动态方法对不同水深下的OSV和锚泊系统开展时域分析,研究了水深对船体运动性能和锚索张力的影响.     

深水二维对称式布置两成分锚泊线时域动力分析

深水作业海上浮式结构物的锚泊定位系统由锚链或锚索等成分进行约束,由于锚泊线的几何非线性,外界环境作用力的非线性和系泊浮体的运动的非线性给锚泊系统的回复力和位移的计算分析带来困难。此外,多种材料成分组成的多成分锚泊线的使用在推动了锚泊系统的深水应用和发展的同时也给锚泊系统的设计带来困难。本文采用设计波理论结合有限元方法进行两成分锚泊线的动力分析,考虑导缆孔处系泊结构物运动的影响。并将结果与单一成分锚泊线计算结果作比较分析,得到有益结论。     

Development of study on the dynamic characteristics of deep water mooring system

To meet the needs of those exploiting deepwater resources, TLP and SPAR platforms are used in some areas and are considered excellent platforms in deep water. However, many problems remain to be resolved. The design of mooring systems is a key issue for deep water platforms. Environmental loads in deep water effect the physical characteristics of mooring line materials. The configuration and analysis of mooring systems involve nonlinearity due to this fluid-solid coupling, nonlinear hydrodynamic forces, and their effects on stability of motion. In this paper, some pivotal theories and technical questions are presented, including modeling of mooring lines, the theory and method of coupled dynamics analysis on the mooring system, and the development of methodologies for the study of nonlinear dynamics of mooring systems. Further study on mooring systems in deep water are recommended based on current knowledge, particularly dynamic parameters of different materials and cable configuration, interactions between seabed and cable, mechanisms of mooring system response induced by taut/slack mooring cables, discontinuous stiffness due to system materials, mooring construction, and motion instability, etc.     

两类锚泊系统在漂浮式双体浮动式波能转换装置垂荡运动状态下的性能（英文）

This work investigated the influence of two types of mooring systems on the hydrodynamic performance of a two-body floating wave energy converter(WEC). It also investigated the effects of the physical parameters of the mooring system on the amount of extractable power from incident waves in the frequency domain. The modeled converter comprised a floating body(a buoy), a submerged body with two mooring systems, and a coupling system for two bodies. The coupling system was a simplified power take-off system that was modeled by a linear spring-damper model. The tension leg mooring system could drastically affect the heave motion of the submerged body of the model and increase relative displacement between the two bodies. The effects of the stiffness parameter of the mooring system on power absorption exceeded those of the pretension tendon force.     

Truss Spar平台在不同系泊线组合下的动态响应分析（英文）

The dynamic responses of any floating platform are dependent on the mass, stiffness and damping characteristics of the body as well as mooring system. Therefore, it is very essential to study the effect of individual contributions to the system that can finally help to economise their cost. This paper focuses on the effect of mooring stiffness on the responses of a truss spar platform, obtained by different grouping of lines. The study is part of our present researches on mooring systems which include the effect of line pretension, diameter and azimuth angles. The platform is modelled as a rigid body with three degrees-of-freedom and its motions are analyzed in time-domain using the implicit Newmark Beta technique. The mooring lines restoring force-excursion relationship is evaluated using a quasi-static approach. It is observed that the mooring system with lines arranged in less number of groups exhibits better performance in terms of the restoring forces as well as mean position of platform. However, the dynamic motions of platform remain unaffected for different line groups.