深吃水半潜生产平台涡激运动特性研究及其参数化分析

本文采用改进的延迟分离涡方法(IDDES)数值模拟深吃水半潜平台的涡激运动,研究深吃水半潜平台在0°、22.5°和45°流向角下的纵向、横向和艏摇运动响应,以及吃水和立柱倒角对半潜平台涡激运动的影响。对比实验数据发现,数值结果与实验数据基本吻合。从计算结果可知,横向运动出现频率锁定现象,但不同流向角下的锁定区域不同,22.5°和45°流向角下的锁定区域发生在6.0V_r8.0,而0°流向角下的锁定区域则相对滞后;艏摇运动响应特性与横向不同,未出现锁定现象,在3.0V_r13.0区间内,艏摇运动响应幅值随V_r的增加而增加。当立柱只有一个倒角时,倒角半径尺寸对半潜平台横向运动响应和艏摇运动响应的影响很小,而当立柱四边都有倒角时,半潜平台的横向运动响应和艏摇运动响应均随倒角半径的增加而变大。半潜平台的横向运动响应和艏摇运动响应均随着吃水增加而增大,当吃水较小(H/D≤0.9)时,半潜平台的横向运动无明显频率锁定现象。     

立柱附体对半潜式平台水动力性能的影响

增加立柱附体是改善半潜式平台性能的常用措施之一。文章为研究立柱纵向增加附体以及改变附体形状对半潜式平台水动力性能的影响,通过数值计算和模型试验,分析了立柱附体对平台运动固有周期和阻尼、平均波浪力、运动RAO以及不规则波作用下运动响应等的影响规律。结果表明:纵向立柱附体可以减小平台纵向平均波浪力以及平台的纵摇运动RAO,可显著改善平台在极端海况下的垂向运动响应;立柱附体的截面形状变化则几乎没有影响。     

半潜驳施工运动响应计算及现场测试

针对大型施工半潜驳在恶劣海况中的运动特性问题,采用数值计算的方法给出了不同作业海况下船舶的运动响应幅值,同时依托现场施工作业对半潜驳下潜施工运动响应进行测试,验证和完善了水动力数值分析模型及参数设置.据此提出的半潜驳下潜施工作业建议,可为船舶施工作业及安全操控提供参考.     

新型导管架复合式深吃水半潜平台概念导管架对平台整体垂荡、横摇和纵摇运动的影响分析

导管架复合式深吃水半潜平台是近年来为了适应南海恶劣海况而提出来的新型干树半潜平台概念,主要由传统的深吃水半潜平台和导管架两部分组成。导管架的设计主要是为了支撑上层甲板结构,提高平台稳性和气隙性能。文章主要针对该平台概念的垂直平面运动进行分析,对不同海况下平台系统的数值和模型试验的结果进行了对比分析,运用频域分析方法分析了该平台与传统半潜平台之间的区别。并重点分析了导管架部分对平台垂直平面内的运动造成的影响。结果表明,该平台概念较传统的半潜平台而言具有较好的垂向运动性能,而且导管架部分对平台垂直面内的运动影响较小,导管架设计的主要优势并未受到较大的折减。     

新型导管架复合式深吃水半潜平台概念导管架对平台整体垂荡、横摇和纵摇运动的影响分析（英文）

导管架复合式深吃水半潜平台是近年来为了适应南海恶劣海况而提出来的新型干树半潜平台概念,主要由传统的深吃水半潜平台和导管架两部分组成。导管架的设计主要是为了支撑上层甲板结构,提高平台稳性和气隙性能。文章主要针对该平台概念的垂直平面运动进行分析,对不同海况下平台系统的数值和模型试验的结果进行了对比分析,运用频域分析方法分析了该平台与传统半潜平台之间的区别。并重点分析了导管架部分对平台垂直平面内的运动造成的影响。结果表明,该平台概念较传统的半潜平台而言具有较好的垂向运动性能,而且导管架部分对平台垂直面内的运动影响较小,导管架设计的主要优势并未受到较大的折减。     

基于三维势流理论的新型养殖半潜平台水动力特性

基于三维势流理论对我国某沿海新型养殖半潜平台的水动力性能进行计算与对比研究,通过ANSYS软件的AQWA模块计算目标平台在频域下的附加质量、势流阻尼系数以及运动响应幅值(RAO),并分析其变化特征.通过分组对比数据,总结黏性阻尼值对RAO峰值的影响规律.结果 表明,黏性阻尼对新型养殖半潜平台运动响应幅值有较大影响,在分析水动力性能时不能忽略,且文中的计算方法对实际工程设计有一定指导作用.     

深吃水多立柱式平台的运动响应分析

提出了一种新型深吃水多立柱式平台DDMS(Deep Draft Multi-spars),介绍了DDMS平台的创新概念,并描述了平台的交互式设计方法和设计流程。使用基于绕射和辐射理论的高阶边界元方法,得到了平台波频激振力和水动力系数,在频域获得了幅值响应算子RAO。利用平均波浪漂移力和Newman近似方法预报了平台的二阶波浪慢漂激振力,在时域进行了DDMS平台运动响应的数值模拟。计算结果验证了DDMS平台设计的合理性,显示了平台良好的运动性能。     

半潜式平台耦合动力响应分析

由于海洋这一特殊的环境,半潜式平台在海上会受到风、浪、流的联合作用,使得半潜式平台产生六自由度方向的运动,影响平台的作业,因此,进行平台运动响应预报及系泊线强度校核就显得尤为重要。本文选择在1000 m水深的情况下,分别在时域和频域条件下对半潜式平台运动响应进行数值模拟,预报在频域和时域条件下半潜式平台运动响应,并对比分析在时域条件下不同风、浪、流组合工况下平台升沉运动幅值,计算设计的平台系泊线拉力,并进行强度校核。     

半潜式平台耦合动力响应分析

由于海洋这一特殊的环境,半潜式平台在海上会受到风、浪、流的联合作用,使得半潜式平台产生六自由度方向的运动,影响平台的作业,因此,进行平台运动响应预报及系泊线强度校核就显得尤为重要。本文选择在1 000 m水深的情况下,分别在时域和频域条件下对半潜式平台运动响应进行数值模拟,预报在频域和时域条件下半潜式平台运动响应,并对比分析在时域条件下不同风、浪、流组合工况下平台升沉运动幅值,计算设计的平台系泊线拉力,并进行强度校核。     

叠船运输方式下的半潜船耐波性分析

以叠船运输方式下的半潜船为研究对象,采用CATIA软件进行三维建模。基于AQWA软件计算在规则波中不同浪向、不同航速和不同吃水下的响应幅值算子(Response Amplitude Operator, RAO),分析在不规则波中不同海况条件下货物绑扎设计关键点的加速度变化,发现浪向、航速和吃水等因素对RAO的影响规律。研究结果可为叠船运输方式下的半潜船安全运输提供运动预报,为货物绑扎设计提供依据。     

风电安装船运动响应分析及模型试验研究

为了分析风电安装船在实际海况下的运动响应及阻力性能,基于三维势流理论,本文对风电安装船进行频域和时域运动响应数值分析,并开展风电安装船模型试验,对航行阻力、幅频响应函数和在位运动响应进行试验研究。通过试验得到风电安装船在航速13 kn时阻力为899 k N,RAO响应曲线和不规则波中的运动幅值验证了数值计算的准确性。研究结果表明风电安装船在十年一遇的北大西洋海况中运动幅值较大,不宜进行安装作业。     

波浪中半潜式平台气隙响应预报

为了实现半潜式海洋平台气隙预报, 应用边界元数值方法计算平台垂荡运动的频率响应函数,根据线性变换原理计算给定海况下波浪与平台相对位移的谱函数, 建立平台在波浪中运动的气隙响应计算程序.通过对Veslefrikk半潜式平台气隙设计参数的校验计算表明, 所提供的气隙响应预报数值算法可以为工程设计提供参考依据.     

浅吃水半潜驳在浅水域运输沉管的运动响应分析

针对湾区浅水域浅吃水半潜驳运输海底沉管管节的方案,借助水动力势流理论,探讨浅吃水半潜驳在浅水域驳运沉管管节的运动响应。基于水动力势流软件AQWA,建立浅吃水半潜驳和钢筋混凝土沉管管节的水动力模型,将驳运航道的长距离拖航工艺参数和风浪流等海洋环境参数作为输入条件,分析浅吃水半潜驳和沉管管节整体系统的各自由度固有周期和不同风浪流组合下的六自由度运动响应的幅值和加速度。研究成果中各自由度的固有周期可为驳运窗口期提供参考,运动响应幅值可为钢筋混凝土沉管管节的运输质量的控制提供决策支持和预警,运动加速度可为驳运沉管管节封仓加固和支墩系统的设计提供依据。     

半潜式海洋平台水动力性能分析

本文以一艘半潜式海洋平台为研究对象,利用AQWA研究平台在规则波中的频域水动力。结果表明,平台横荡的附加质量和附加阻尼对平台的幅值响应影响较大,在高频区域内,幅值响应算子(RAO)的变化幅度较小。     

超大型结构物干拖运输特性数值模拟

为了减小超大型结构物在干拖运输过程中所受的加速度,提出利用波浪势流理论及运动响应控制条件的数值模拟方法,以迄今为止世界规模最大半潜式"海上渔场"从中国青岛干拖运输至挪威为例,研究海况、航行吃水及系统重心高度等不同参数下,半潜船的运动响应和超大型结构物的加速度,获得不同参数的影响规律。结果表明,数值模拟结果与工程实际数据吻合较好,验证了该方法的有效性,可为类似减小加速度的干拖运输分析提供参考。     

抑制半潜式平台垂荡响应的方法研究

对抑制半潜式平台垂荡响应提出了两种解决方案。在没有系缆力作用的情况下,借助于吃水深度对垂荡响应幅值影响的理论研究,利用SESAM/HydroD软件进行数值计算,得到吃水深度增加对平台垂荡幅值的抑制规律。在有系缆力作用的情况下,考虑采用配置质量块的方法降低平台垂荡响应。用SESAM/DeepC软件进行时域分析,得到质量块抑制平台垂荡的规律。结果表明,两种方法对垂荡响应均有比较有效的抑制作用。     

5万吨级半潜船航行耐波性

为更全面研究半潜船航行耐波性特性,以某5万吨级半潜船为研究对象,分别通过耐波性模型试验、实船试验和三维水动力数值模拟方法研究该半潜船在不同海况下的水动力运动响应,获得非零航速状态下船体垂荡、横摇、纵摇运动响应幅值(Response Amplitude Operator,RAO)响应曲线和两个参考点的垂向、横向加速度统计有义值。计算结果表明装载状态和浪向对该半潜船航行耐波性有较大的影响,实际营运中应避免相关不利因素造成的影响。此外,通过数值模拟与模型试验和实船试验的对比分析,验证数值模拟方法的可靠性,表明该方法可有效地预报半潜船航行耐波性,是半潜船货物绑扎分析有力的技术保障。     

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.     

扰流板对深吃水圆筒型平台涡激运动的抑制效果研究

深吃水圆筒型平台是一种新型多功能高效平台,可有效解决岛礁开发中的能源供给问题。但平台在持续性的来流作用下会发生剧烈的涡激运动,将导致平台系泊、立管系统发生疲劳损害。从抑制涡激运动的角度出发,设计一套新型扰流板结构。基于改进的延迟分离涡模拟方法（IDDES）数值模拟并对比分析了有、无扰流板2种情况下深吃水圆筒型平台横荡、纵荡和首摇运动响应,并从运动时域、频域和三维流场特征等角度对结果展开分析。结果表明,新型扰流板对平台横荡、纵荡和首摇运动均有较好的抑制作用,其中对横荡运动抑制效果最为显著,效率高达89%。带扰流板的深吃水圆筒型平台涡激运动数值模拟分析在平台实际结构设计中具有重要工程意义。     

半潜式支持平台恶劣海况下运动性能试验研究

半潜式支持平台的研发面临一系列技术难题，尤其是恶劣海洋环境对平台的影响。恶劣环境下，平台会出现严重的非线性载荷特性，严重时会危害平台安全，因此在研发设计阶段，有必要开展半潜式支持平台在恶劣海洋环境下的运动性能研究。针对我国自主开发设计的某型深水半潜式支持平台，基于模型试验方法开展恶劣海况下运动性能研究。在完成水平系泊系统和气隙、砰击载荷测试方案设计的基础上，开展试验研究，获得了平台固有周期、阻尼系数、恶劣海况下的运动响应以及气隙、砰击等非线性载荷。结果显示，在恶劣海况下，目标平台运动响应较大，不具备作业条件。平台多处气隙出现负值且发生较为显著的砰击现象，砰击次数及砰击压力均较大。结果为半潜式支持平台总体设计提供了有效的支撑数据。