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。     

多因素下张力腿平台耦合动力响应特性研究

考虑立管、张力腿及平台本体的非线性耦合,建立六自由度的振动微分方程。推导了方程中的质量矩阵、耦合刚度矩阵、阻尼矩阵及波浪荷载的计算公式。采用微元法对立柱和浮筒进行离散,求得方程数值解。比较分析了四种工况下张力腿平台的耦合动力响应、张力腿及立管张力的变化,揭示了波浪周期、波高、浪向角、预张力、工作水深等多因素对张力腿平台运动响应的影响。     

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。     

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。     

规则波作用下张力腿平台的非线性动力响应

建立了一种考虑多种非线性因素的张力腿平台(TLP)模型,其中包括六自由度有限位移、各自由度之间的耦合、瞬时湿表面、瞬时位置、自由表面效应、粘性力等因素引起的非线性.推导出TLP六自由度非线性运动方程.对典型平台ISSCTLP进行了时域上的数值计算,求得该平台在规则波作用下的六自由度运动响应.用退化到线性范围的解与已有解进行了对比,吻合良好.数值结果表明,综合考虑非线性因素后响应有明显改变.     

张力腿平台系泊风险评估方法研究

文章结合模糊综合评判法、层次分析法以及概率论提出了一种风险分析的评估方法,识别了系泊中的风险因素,建立完善了相应的风险评估指标体系,并将其应用于设计中或已服役作业的张力腿平台系泊风险评估。将不同风险评估结果视为风险的总体的随机样本,用概率论和置信区间对风险评估结果进行置信度评价。克服了单一评价方案主观性太强的弱点,使评价更具有客观性和可信性。经过分析和计算实例表明,该系泊风险评估方法是适用和有效的。利用获取的评价结果,识别设计或已建成服役的张力腿平台系泊风险指数高的风险因素,并采取有效措施,加强培训及时检修设备,以防止意外的发生。结合一型设计中的张力腿平台,应用文中提出的数值风险评估模型对该平台的系泊系统进行了风险评估。结果表明该方法可以对张力腿平台的系泊风险评估中的主观因素进行客观有效的评估。并可以推广应用于其他海上结构物的风险评估问题中。     

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。     

张力腿平台水动力响应分析

张力腿平台作为一种典型的深水浮式平台,具有半顺应半固定的运动特征.本文以1000米水深TLP平台为例,详细叙述了TLP平台水动力分析的过程和方法,包括有限元模型的建立,水动力特征的计算,水动力荷载响应的计算以及运动响应分析.     

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。     

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。     

考虑风浪流的TLP张力腿张力响应规律分析

文章研究了张力腿平台在风浪流中的张力腿的张力变化规律。推导了微分方程中的质量矩阵、耦合刚度矩阵、阻尼矩阵和运动坐标系下张力腿平台波浪外荷载。采用微元法对立柱和浮筒进行离散,运用龙格—库塔法对张力腿平台耦合运动微分方程进行了数值求解。对不同海况下和不同浪向角下张力腿平台张力腿张力变化进行了能量谱分析,并在上海交通大学海洋工程国家重点试验室中通过缩尺比为1:40的模型对数值模拟的结果进行了试验验证。比较了考虑风和流以及不考虑风和流的结果。     

张力腿式浮式风机平台的水动力和空气动力耦合响应分析

文章采用了空气动力、水动力、控制与弹性完全耦合的时域模拟方法研究了张力腿式浮式风机平台的动力响应.水动力载荷的计算采用了三维势流理论与Morison公式.空气动力载荷的计算采用了叶素动量理论和广义动态尾流理论.利用FAST软件得到了张力腿式浮式风机平台响应的时域结果,并分析了其动力响应特性.建立了描述平台纵荡运动的非线性微分方程,并采用了摄动方法求得其近似解,解释了纵荡运动中由非线性粘性效应引起的高频响应.对数值模拟结果的分析表明高频的响应分量对平台的动力性能有显著的影响.     

海上供应船旁靠大型浮式平台耦合 响应的模型试验研究

对大型浮式平台与供应船之间的旁靠带缆系统进行选型设计,同时开展两船旁靠作业时耦合响应特性的水池试验研究。重点分析两船体六自由度的相对运动特点、旁靠系泊缆的受力以及护舷的挤压应力随风浪流角度的变化规律。试验表明:两船在纵荡、横荡及首摇这三个低频方向的相对运动幅度较小,一般不会成为制约旁靠卸载作业的控制因素,但另外三个波频方向运动具有一定的独立性,且不受旁靠缆绳的约束,是影响旁靠作业窗口期的重要因素;缆绳张力和护舷挤压力对来流角度较为敏感,且供应船处于上风位时,缆绳的张力、护舷的挤压力比其位于下风位有明显增大,建议供应船尽可能位于浮式平台的下风位旁靠作业。     

深海平台结构的波浪载荷与动态响应特征

简要介绍当前运用较广的TLP、FPSO、Spar等型式深海平台的生产背景和主要特点,通过对上述各种结构型式深海平台的优、缺点进行深入的比较分析,探讨在南海特殊海洋环境下进行油气资源开采时宜采用的最合理的平台结构型式。     

FSRU-LNGC旁靠作业运动响应研究

浮式储存及再气化装置（FSRU）-液化天然气船（LNGC）多浮体系泊系统在风、浪、流的联合作用下水动力响应复杂。首先提出一种多浮体系泊系统旁靠作业的布置方式,然后通过数值模拟得到对风浪流联合作用下该系统六自由度运动及相对运动、缆绳张力和护舷受力的响应时程,最后分析给出预张力对船舶运动响应、缆绳张力及护舷受力的影响规律。结果表明：该布置方式在选择的环境载荷下可以满足使用要求,所采用数值模拟方法对同类多浮体系泊系统运动分析有参考意义。     

大跨双塔斜拉桥的动力特性与地震响应分析

结合某大跨双塔斜拉桥工程设计实例,采用大型有限元软件ANSYS建立了三维有限元计算模型,分析了该桥的动力特性,并采用反应谱法进行了地震反应分析。研究结果表明：由于采用了半漂浮斜拉桥体系,主梁梁端位移较大,极易造成主、引桥间碰撞且对两端伸缩缝不利,可采用弹性约束或设置阻尼器等措施来限制主梁梁端位移。     

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.     

系泊船舶动力学特性的计算机仿真研究

以三阶操纵运动方程为基础，引入定常的风力、潮流作用力和二阶波浪力，建立了系泊系统三自由度的运动微分方程。在此数学模型的基础上．建立了系泊系统的多自由度的计算机仿真模型。在潮流作用、潮流和风作用以及风浪流联合作用等三种情形下，对系泊船舶的动力学响应分别进行了仿真研究。研究表明，系泊系统的动力学行为具有强烈的非线性特征。对于单点系泊船舶而言，在定常的风浪流作用下．顶风顶浪顶流状态并不一定是最为危险的工况。