非对称系泊系统作用下浅水浮式海洋平台运动耦合分析

选择地理位置、区域环境较为关键的岛礁,建立浅水浮式海洋平台,具有重要意义。应用在岛礁浅水区域的浮式海洋平台,由于受地理环境限制,很难设计对称式系泊系统。因此,本文设计2种典型非对称式系泊系统布置方案,基于TMA浅水波浪谱理论,对2种非对称系泊系统作用下浮式平台的水动力响应进行时域数值计算,计算结果与对称式系泊系统作用下结果对比分析,获得了非对称系统状态下平台运动响应特点及系泊张力分布特点。     

非对称系泊系统作用下浅水浮式海洋平台运动耦合分析

选择地理位置、区域环境较为关键的岛礁,建立浅水浮式海洋平台,具有重要意义。应用在岛礁浅水区域的浮式海洋平台,由于受地理环境限制,很难设计对称式系泊系统。因此,本文设计2种典型非对称式系泊系统布置方案,基于TMA浅水波浪谱理论,对2种非对称系泊系统作用下浮式平台的水动力响应进行时域数值计算,计算结果与对称式系泊系统作用下结果对比分析,获得了非对称系统状态下平台运动响应特点及系泊张力分布特点。     

海上半潜式浮式风机平台系泊系统对比研究

选取5MW-OC4深水半潜式浮式风机平台为参考模型,利用AQWA软件建立半潜式浮式风机平台模型,在频域范围内计算浮式风机平台运动响应,得到平台幅频响应曲线,以验证数值分析的可靠性。选取3种浮式风机平台系泊系统,对比研究系泊系统改变对浮式风机平台运动响应的影响规律,同时分析极端环境条件下单缆失效对浮式平台运动响应及系泊缆张力的影响。计算结果对浮式风机平台系泊系统的优化设计有一定的参考意义。     

浅水浮式平台多点系泊系统适用性研究

为研究浅水海域船型浮式平台多点系泊系统的适用性,以某船型浮式平台为例,设计了2套多点系泊系统。利用AQWA水动力软件,基于三维势流理论,计入风、浪、流的联合作用,分别对悬链式和张紧式多点系泊系统进行时域耦合分析,得到了浮体的六自由度运动和各系泊缆的张力。计算结果表明,张紧式系泊系统浮体平动位移小,横摇幅值较大,各系泊缆张力较大,系泊缆张力不满足规范要求;悬链式多点系泊系统浮体平动位移相对较大,各系泊缆张力较小,浮体的水平偏移和系泊缆张力都满足规范要求。悬链式系泊系统性能较优,不过水平位移仍然需要重点关注。本文研究成果对浅水船型浮式平台多点系泊系统的设计有一定的参考价值。     

风浪流联合作用下油气资源开发保障平台系泊系统响应的计算分析

为了确保平台的定位安全,开展平台最危险工况预报,计算分析不同风浪流夹角对平台系泊系统的运动响应及系泊缆的张力响应的影响,运用水动力分析软件AQWA计算得到平台的运动响应及系泊缆的张力响应的时历曲线。     

弧型布置的浮式防波堤水动力响应分析

非直线型布置的浮式防波堤对多浪向的掩护效果更佳,但其水动力响应相比直线型结构更为复杂,能否满足工程设计要求亟待研究,对此提出浮式防波堤弧型布局设计方案.基于三维势流理论对弧型布置的浮式防波堤的水动力性能进行频域和时域分析,计算得到运动幅值响应算子.在此基础上,考虑环境载荷和系统系泊与防波堤之间的耦合作用,研究其运动响应和系泊缆张力,并将所得结果与直线型布置的浮式防波堤数值计算结果相对比.分析结果表明:直线型布置的浮式防波堤在横浪作用下的横摇响应剧烈,在斜浪作用下存在横倾角;弧型布置的浮式防波堤在横浪和斜浪作用下的运动相对稳定,水动力性能表现更佳.     

近岛礁浮式平台系泊系统设计研究

本文针对近岛礁浮式平台,提出了一种桩柱式系泊系统设计方案,并基于三维势流理论与时域分析方法,对所设计的浮式平台桩柱式系泊系统以及船舶停靠下考虑多体水动力干扰的整个系统开展了浅水环境下水动力性能与系泊特性分析,为平台的水池模型试验、系泊系统的设计优化以及考虑船舶停靠的作业状态允许海况提供依据与技术参考.     

基于AQWA的S-Spar平台动力响应分析

为了研究深水极端海况下带螺旋板的S-Spar平台的动力响应性能,基于三维势流理论和波浪的绕射/辐射理论,结合水动力分析软件AQWA,在频域内计算了单位波幅规则波作用下螺旋板导程分别为120 m、90 m和60 m的平台的动力响应,得到平台的附加质量、阻尼和运动RAO等水动力参数;基于频域分析结果,考虑随机波浪荷载及风、流的共同作用和系泊缆是否破断的工况,计算了系泊于1 500 m水深的螺旋板导程为120 m的平台在极端海况JOHNSWAP谱作用下的动力响应,并与不带螺旋板平台的动力响应进行了对比.分析结果表明:不同螺旋板导程的平台垂荡方向上的附加阻尼差异较大;在极端海况下,螺旋板导程为120 m的S-Spar平台的运动响应满足要求;螺旋板存在时会大幅增加平台的首摇运动幅值,忽略螺旋板可能会高估平台的首摇运动性能;不带螺旋板的平台的系泊缆张力幅值偏大,忽略螺旋板可能会高估系泊缆的极限张力.     

基于Orcaflex的浮式防波堤水动力分析

采用凝集质量法对浮式防波堤系泊缆有效张力进行求解,利用大型水动力分析软件Orcaflex建立浮式防波堤模型,求解分析不同波浪方向作用下浮式防波堤整体水动力性能及系泊缆有效张力变化情况,并针对浮式防波堤端侧缆失效后情况进行对比分析,得出在方向为67.5°的波浪作用下横摇运动最为剧烈,且浮式防波堤两端缆绳的张力在两种浪向下均大于两侧缆绳张力等结论。分析结果对浮式防波堤安全建设及使用提供一定理论依据,对浮式防波堤在港口建设中的应用具有较好参考价值。     

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.     

岛礁地形下半潜平台水动力性能研究

文章基于一岛礁实地的地形数据,针对该地形下的半潜式平台进行了水动力及运动响应分析,重点研究了岛礁地形对平台运动响应的影响,并结合模型试验结果进行了对比分析。结果表明应用目前常用的以线性波浪理论为基础的数值方法,通过引入对地形与平台之间的绕射与辐射水动力的干扰计算,可以对岛礁地形下的半潜平台进行水动力和运动分析。研究所得到的岛礁条件下的平台运动响应结果与模型试验值对比较为吻合。     

深水半潜式平台张紧式系泊系统优化设计研究

针对2000m工作水深12点多成分张紧式系泊系统,采用时域耦合动力分析方法,研究不同浪向完整条件和一根系泊缆断裂的破损工况下浮体运动和系泊缆张力特性。改变系泊系统参数,定量探究其影响系泊系统的一般规律,提供满足API[1] [2]规范要求的系泊系统优化设计方案。结果表明：增加系泊缆根数可以有效增强平台定位能力;通过合理选择预张力倾角、预张力大小、系泊缆夹角等,可以大幅度改善平台的运动响应和系泊缆动态响应。     

深水半潜式平台张紧式系泊系统优化设计

针对2 000 m工作水深12点多成分张紧式系泊系统,采用时域耦合动力分析方法,研究不同浪向完整条件和一根系泊缆断裂的破损工况下浮体运动和系泊缆张力特性。改变系泊系统参数,定量探究其影响系泊系统的一般规律,提供满足API规范要求的系泊系统优化设计方案。结果表明:增加系泊缆根数可以有效增强平台定位能力;通过合理选择预张力倾角、预张力大小、系泊缆夹角等,可以大幅度改善平台的运动响应和系泊缆动态响应。     

岛礁地形影响下多体浮桥的水动力性能研究

基于AQWA软件,对岛礁地形下带系泊系统的多浮箱浮式栈桥进行了运动响应的数值模拟,并与带岛礁地形模型试验的响应幅值算子(RAO)进行了对比分析,为浮式栈桥在实际海洋环境中的施工和运营安全等作准确预报.研究结果表明,基于AQWA软件,文中数值方法可有效模拟岛礁对多浮体的绕射和辐射等干扰;由于海底地形变化的影响,波浪将发生折射、绕射、反射等一系列的复杂变化,同时海底倾斜会对系泊缆绳张力造成影响,从而会影响浮桥的运动响应.数值模拟岛礁地形影响下多体浮桥的运动响应结果与水池试验得到的数值对比吻合良好.     

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（英文）

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。     

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。     

考虑近岛礁复杂海底地形的浮式平台水动力性能分析

基于可以考虑复杂海底地形对波浪传播变形影响的水波模型和可以考虑波浪与浮式结构物相互作用的RANKINE源法,建立近岛礁浮体水动力性能直接分析耦合模型,给出详细的理论推导及数值求解方法,并编制了相关的计算程序THAFTS-BR。首先以均匀水深下百米级浮式平台为研究对象,通过与THAFTS和AQWA等商业软件的计算结果进行对比分析,初步验证了THAFTS-BR程序的正确性和可靠性。随后基于模型试验和前面建立直接分析耦合模型,对比分析了考虑近岛礁海底地形后该浮式平台的运动及载荷响应特性,给出了一些重要结论,为后续布置于岛礁附近的浮式结构物动响应分析、设计与建造等提供了参考依据。     

Spar风机非稳态动力响应分析

文章采用多体动力学仿真器FAST,研究5MW OC3 Hywind Spar浮式风机平台非稳态动力响应,计算工况为JONSWAP海浪谱,有义波高6.8 m,谱峰周期10.2 s,流速0.642 m/s,波浪、流和风方向均为0°。研究结果表明在气动载荷影响下,风机运行相比于风机停机时,浮式平台垂荡运动幅值减小,而平台纵荡和纵摇的运动幅度增加到2.1和1.5倍,其他自由度的运动幅度增加到1.2～1.8倍,平台系泊张力响应幅度最大增加到4倍。此外发现相对于风机正常运行情况,风机启动过程中平台的纵荡运动幅值增加19.3%,引起平台大幅度漂移运动,导缆孔张力增加10%。气动载荷主要影响平台6个自由度运动的最值和均值,而对平台系泊张力主要影响其标准差,建议研究浮式风机基础的运动响应及系泊张力应考虑风机运行的气动载荷。     

沉埋式海底隧道管段海上系泊水动力性能分析

沉埋式海底隧道管段海上系泊阶段的结构运动响应及缆索受力,影响其水上施工的安全性和经济性。以一管段系泊工程为例,利用基于三维势流理论的水动力软件AQWA建立管段海上系泊数值仿真计算模型,首先对系泊系统进行频域分析,然后在时域内考虑JONSWAP波浪谱和水流联合作用,研究环境载荷方向、环境载荷组合方式等因素对系统运动响应及缆索受力的影响。结果表明:管段在高频区域内稳定性较好,响应幅值很小;水流对管段的运动响应影响很大;当环境力以60°入射管段时,管段的系泊缆张力最大。     

波流联合作用下通载浮桥动力特性研究

为了研究波流环境中浮桥通载时的动力特性,探讨通载速度及波流联合作用对浮桥动力响应的影响,本文采用势流理论对浮桥所处流场的速度势进行分析,采用莫力森公式计算浮桥受到的水阻力,同时考虑多轴移动荷载的影响,建立系泊浮桥的时域运动方程;并对不同工况下浮桥的运动响应及系泊力进行了计算,在计算中考虑了瞬时湿表面变化对浮桥浮力及水阻力的非线性影响,通过计算得到了不同行驶速度、不同波况下浮桥各桥节的运动响应及系泊力时程曲线.结果表明:车辆行驶速度对浮桥桥节垂荡、纵摇响应及系泊力均具有明显影响,桥节垂荡、纵摇及上游系泊缆张力峰值随行驶速度增大而增大;通载浮桥中部桥节的系泊缆张力最大值小于两侧桥节系泊力最大值;波浪作用下桥节的运动响应及系泊力与车辆荷载引起的运动响应及系泊力具有一定程度的叠加效应,特别是垂荡响应的叠加效应更为明显;当波高较大时系泊力将由波浪作用控制.