张力腿平台局部系泊失效模式下动力响应分析

针对浮体-张力筋腱非线性耦合系统,采用时域分析方法对局部系泊失效下的张力腿平台进行动力响应分析,重点研究两根筋腱失效时筋腱失效位置、波浪载荷参数与平台各自由度动力响应的关系.结果表明:局部系泊失效对平台横荡、纵荡、艏摇自由度的动力响应影响远小于横摇、纵摇、垂荡自由度;失效位置与平台动力响应关系密切,失效筋腱位置越集中,平台响应越大,反之亦然;筋腱失效后平台在不同波浪载荷参数下的运动特性及顶端张力表现各异.垂荡瞬态阶段响应对波高和波周期敏感性较强,垂荡稳态阶段响应对浪向、波高和波周期敏感性较强;纵摇(横摇)瞬态和稳态阶段响应对浪向、波高和波周期敏感性均较强;波浪载荷参数对筋腱顶端张力的影响较小.     

高速湍流风下漂浮式风力机系泊失效动态响应研究

以Barge平台5 MW风力机为研究对象,基于叶素动量理论、势流理论及有限元法建立平台气动−水动−系泊动力学模型,考虑风浪同向入射的最恶劣情况下的系泊失效,此时漂浮式风力机承受风浪载荷最大,系泊最易因疲劳及冲击载荷发生失效,对比分析高速湍流风与稳态风作用下不同位置系泊失效前后平台动态响应及系泊张力。结果表明,迎风浪侧系泊失效对多个自由度响应有显著影响,背风浪侧系泊失效主要影响纵荡、纵摇和艏摇响应,在高速湍流风作用下,平台瞬态响应加剧,横荡方向的漂移距离增加,纵荡波动幅值提高,迎风浪侧系泊张力最大值及平均值明显增大,且越靠近迎风浪侧系泊平均张力越大。因此,出于安全性考虑,平台系泊设计应考虑高速湍流风的影响。     

张力腿平台筋腱动力特性分析与校验

为提高张力腿平台和立管与筋腱之间的动态耦合计算结果的准确性,更好地模拟平台的筋腱系统,运用势流理论,依据南海油气田开发既有资料,使用SESAM软件对一座传统型TLP平台张力筋腱进行分析。考虑筋腱和立管的实际工程设计,采用分段构建系泊系统的方法建立分析模型,并得到了频域下的附加质量系数和系统刚度矩阵。通过静水偏移模拟得到了平台系统水平及垂向刚度曲线和张力筋顶部张力,校验了系统质量和刚度的准确性。通过自由衰减模拟,验证平台固有周期,并采用规则波时域分析的方法求解了张力筋腱张力幅值响应算子(RAO)。结果表明,分段建模能很好地模拟实际工程中的张力腿平台(TLP)平台刚度,系统水平刚度与垂向沉降校验和自由衰减模拟可以更好地保证计算模型的正确性。     

基 于 悬 链 线 理 论 的 系 泊 系 统 势 能

为研究系泊系统在定位过程中的势能变化,使用悬链线公式,推导了3种常见系泊方式系缆的构形及张力分布.分析了下端点固定的单根锚泊线的重力势能和弹性势能随上端点位置的变化情况,对比了势能间接求导所得的水平张力与直接计算所得的水平张力,发现两者吻合良好,符合能量守恒定律,验证了势能计算结果的准确性.针对系泊系统由9根复合缆组成的深水平台,分析了其系泊系统势能随浮体水平位置的变化情况,比较了各浪向上的位移与回复力关系,发现其系泊性能在各个浪向上接近,对环境适应能力强.针对系泊系统破损的工况,计算得到了系泊系统势能分布图以及各浪向上的位移与回复力关系,发现使用势能分布法能全面有效地反映系泊系统的各个方向性能,具有重要的工程参考价值.     

新型箱—板组合浮式防波堤的水动力分析

为提高浮式防波堤的稳定性和消浪效果,提出并设计新型箱-板组合浮式防波堤,采用双水平板和双浮箱的结构型式,运用AQWA软件建立不规则波作用下浮体与锚链的耦合分析模型,研究浮箱与板的相对间距和水平板长度分别对消浪效果、浮体运动响应、锚链系泊力的影响分析。结果表明:(1)浮体的位移幅值和系泊力都随相对间距d的增加而减小,当相对宽度B/L在0.6~0.7之间时,浮体运动响应最小;(2)波浪透射系数Kt随B/L的增大而减小,Kt与浮体吃水深度有直接关系;但随着B/L的增大,d对Kt的影响越来越小,也表明该结构对短周期波的消波效果较好。(3)在一定范围内增加水平板的长度,可以有效减小结构的运动响应;结构在水平板长度为21 m左右时,结构的运动响应、透射系数和锚链系泊力都较小,达到最佳的锚泊状态。浮式防波堤主要设计特点是使结构在保持稳定的状态下,降低经济成本并提高消浪性能,本研究为结构优化设计提供重要参考。     

Truss spar平台多点系泊力学分析

将truss spar平台主体和系泊系统看作耦合系统,采用ANSYS/AQWA在时域对truss spar及其系泊系统进行耦合动力响应分析,在8点和12点系泊情况下获得4种不同工况下平台主体的垂荡和纵荡响应和系泊缆的张力响应。结果表明:当系泊系统处于破损状态时,平台的纵荡要远大于系泊系统处于完整状态时的水平位移;极限工况下,平台的运动和张力响应要比作业工况下的响应更大;相对于8点系泊系统,12点系泊系统的运动和张力响应更小。     

基于AQWA的潮流能发电平台稳定性研究

文章应用水动力学软件AQWA对在随机波浪荷载和风、流荷载联合作用下的浮动式发电平台的稳定性进行研究,分析了5种工况下该平台遭遇迎浪(0°浪向角)、艏斜浪(45°浪向角)、横浪(90°浪向角)时的横荡、纵荡、艏摇运动响应幅值,比较了该平台在破损工况(有系泊缆断裂工况)和完整工况(无系泊缆断裂工况)下的运动响应幅值。结果表明:平台的艏摇、横荡和纵荡运动响应的最大值分别发生在遭遇艏斜浪、迎浪和横浪时;在系泊缆断裂瞬间该平台所有方向运动响应均有大幅增加,其中破损自存工况下艏摇运动响应幅值是完整工况下的6~7倍。     

海上风电机组DeepCWind平台系泊缆布置及断裂仿真分析

以NREL 5 MW风电机组和OC4-DeepCWind半潜式浮式平台为研究对象,运用ANSYS/AQWA水动力分析软件和OPENFAST仿真分析软件进行风电机组气动、水动和系泊系统的时域耦合运动分析,研究不同系泊缆数量、角度布置形式及系泊缆断裂等因素对浮式风电机组动态响应和系泊缆张力的影响。结果表明：增大系泊缆的布置角度可提高浮式风电机组平台的稳定性,但同时增大了系泊缆张力,导致安全系数降低;迎浪侧系泊缆断裂瞬态情况下,浮式平台产生明显的运动响应波动,系泊缆布置角度的增大使浮式平台的稳定性急剧降低。     

直升机海上浮动平台耐波性模型试验研究

由多用浮箱拼组成的直升飞机海上浮动平台对远海岛礁的平时补给和战时后勤保障有重要实用价值,本试验研究对平台模型进行了系列不同波长、波高及不同系泊约束条件下的规则波试验。测定出平台的频率响应函数曲线。在此基础上可根据实际使用海浪谱对平台响应作谱分析,得到平台随机响应的统计特征值预报。试验研究还对各种约束条件下锚链的脉动张力幅值进行了测定和分析。     

大型浮体水动力响应特性数值模拟及减摇措施

为研究马尔代夫海域大型浮体水动力响应特性及减摇措施,基于三维势流理论和刚体运动方程建立了浮箱水动力响应数值模型,分析了不同纵横比浮箱的水动力响应特性,讨论了减摇板布置方式及形式对浮箱减摇效果的影响,并在此基础上给出了较优的减摇板布设方案。结果表明:纵横比为2∶1的矩形浮箱在各个浪向下的运动响应相对平稳；减摇板宽度对浮箱横摇的控制作用较明显；浮箱迎、背浪面同时安装减摇板时减摇效果受安装高度影响显著；对于迎浪侧的双层开孔减摇板,上层减摇板开度40%时对浮箱横摇控制较好,浮箱横摇有义值极限海况下可降低16.9%,建议优先选用上层带开度的单侧双层减摇板布设形式。安装减摇板对波浪作用下浮体结构强度影响较小,应着重关注减摇板与外壳的连接强度。     

新概念深水半潜式生产平台水动力截断试验与数值计算

对一新型深海半潜式生产平台的水动力性能进行模型试验和数值计算分析.与传统直立柱结构的半潜式平台不同,该新型平台的4根立柱在水线面以上向内倾斜.由于平台工作水深为1.5 km,模型试验时需通过数值分析进行等效截断设计.对平台6自由度运动响应和系泊缆受力的研究表明,模型试验结果与数值计算结果基本一致,该新型半潜式生产平台具有良好的水动力性能,满足规范要求.
     

基于累积损伤的张力腿平台疲劳及时变可靠性评估

张力腿平台在各种恶劣海况和复杂交变载荷作用下,平台结构疲劳破坏是结构失效的重要形式.首先,基于累积损伤的疲劳寿命谱分析方法,系统地建立了平台关键部位的疲劳可靠性分析方法.然后,建立张力腿平台的整体结构模型,计算得到其在工作海况下主体结构的应力传递函数.同时引入疲劳累积损伤增加函数,提出了一种针对平台各关键部位的疲劳可靠性的时变性分析方法,得到张力腿平台的时变疲劳可靠度,并通过实例计算验证了方法的适用性和可靠性.     

新型分离式张力腿平台概念设计

通过对张力腿平台型式、特点及发展历程的分析,提出张力腿平台型式创新及性能优化应遵循主体集中布置、延伸式系泊、最小水线面等趋势,进而提出了新型的张力腿平台概念。该新型平台主体在垂向自平衡与系泊系统分离,且具有最小化的水线面和延伸式系泊等特性。最小化的水线面的概念可以最大限度减小平台在水线面处所受环境载荷。主体垂向分离且自平衡的概念可以同时保证平台的静水回复刚度,并解除平台纵、横荡与垂荡的耦合效应,减小张力腿的“疲劳效应”。主体垂向可以在底部附加垂荡板以控制垂荡。延伸式系泊可以增加平台在纵、横摇方向上的刚度。之后本文又给出了此种平台概念设计的具体流程和要点,并概念设计了一座新型平台。     

基于AQWA的张力腿平台动力响应分析

为研究极端海况下张力腿平台(TLP)的动力响应性能,对一典型传统式TLP平台进行整体设计,并应用势流理论和波浪的辐射/衍射理论,结合水动力分析软件AQWA,考虑随机波浪载荷及风、流载荷的共同作用,对平台在极端海况下的动力响应进行了数值模拟分析,计算在多个不同入射角波浪作用下的平台六个自由度上运动的幅值响应算子(RAOs),模拟分析在极端海况P-M波浪谱作用下平台的动力响应和张力腿的运动响应.结果表明:波浪入射角的不同对平台垂荡运动的RAOs没有明显的影响,对另外5个方向运动RAOs的幅值有明显影响;张力腿提供的附加刚度,对平台上体纵、横摇及垂荡响应作用明显,对平台纵、横荡及首摇也有一定的限制作用;平台的动力响应主要由波浪荷载引起;张力腿在平台上体带动及流荷载作用下会产生较大幅度运动.总之,在张力腿的有效约束下TLP平台可以避开能量集中的波浪频率,表现出良好的纵、横摇及垂荡性能,而张力腿的安全和性能将成为平台安全和性能的重要指标.     

箱-板组合浮式防波堤水动力性能试验研究

通过物理模型试验,开展规则波作用下箱-板组合浮式防波堤的水动力性能研究。将结构宽度与波长的相对宽度W/L作为参变量,分析了浮箱入水深度、底板与浮箱间距以及底板长度等因素对结构运动响应、两侧锚链系泊力以及透射系数等主要因素对结构水动力性的影响规律。试验结果表明:(1)增大浮箱入水深度,可以更好的减小模型运动响应;(2)增加底板与浮箱的间距,可以更好地减小锚链系泊力;(3)底板长度对垂荡运动幅值影响最大,而对横摇和纵摇影响较小;(4)两种情况下,都可以减小波浪的透射系数。     

锚泊浮式结构波浪上运动的频域算法

介绍一种计算系泊浮式海洋结构在波浪上运动响应的方法,与一般现有的系泊结构动力计算方法不同,它是应用频域法考虑了系泊系统与结构运动间的动力耦合,特别是应用二阶摄动方程,解出系泊浮式结构系统的二阶慢荡运动。该方法能正确地确定慢漂运动、低频锚链力等在工程设计中感兴趣的数据,适用于油轮、半潜平台、转塔式FPSO以及张力腿平台等各种型式的浮式结构和系泊方式。程序的计算结果经过了大量的与相应模型试验结果的校核。表明所给出的结果可靠。     

极端海况下重力式网箱系泊系统数值模拟

开展系泊系统水动力研究对于大型深海重力式网箱在恶劣海况条件下的长期使用具有重要意义.首先采用集中质量法构建重力式网箱系泊系统简化力学模型,基于海洋工程水动力分析软件O rcaFlex建立重力式网箱数值模型,并通过水池物理模型试验验证了在规则波工况下数值模拟结果的可靠性;进而针对钦州湾20 m水深的重力式网箱系泊系统开展了极端海况下的水动力数值研究,极端海况采用了百年一遇极端波浪条件,考虑网箱结构的对称性特点,代表性地分析了0°与45°两种浪向角下系泊缆绳张力变化的差异.研究结果表明,当浪向角为0°即平行于系泊系统中轴线时,缆绳张力幅值较小且受力均匀.研究结论对同类型重力式网箱系泊系统的科学布置具有一定的参考价值,并为大型深海重力式网箱的规模化运行提供前期研究基础.     

马尔代夫海域大型海洋浮体模块选型及优化

以马尔代夫海域为工程背景,开展了大型浮体模块关键设计参数及内部结构布置型式研究.基于数值模型,分析了浮箱式模块不同浪向角下水动力响应,明确了模块优选纵横比及尺寸参数.提出了纵横板式、框架式和双壳式3种模块内部结构布置型式,对比分析了波浪荷载作用下模块结构应力及变形特点.采用增设T形肘板方式对纵横板式模块局部结构进行优化...     

新型干树半潜平台凝析油外输计算分析

新型干树半潜平台抵御环境载荷能力较强,但是它对环境方向性不敏感.基于三维势流理论,建立新型干树半潜平台和外输油轮的多体系统计算模型,采用时域耦合计算方法对油轮抵达及油轮驶离半潜平台的外输作业工况进行研究,计算分析了不同风、浪、流环境条件下的外输油轮艏摇运动响应和外输系泊缆张力响应.研究结果表明:外输油轮的艏摇运动响应在非共线工况较为剧烈,而外输系泊缆在共线工况最大,且能够满足规范要求.该外输方案可以有效、安全实现新型干树半潜平台凝析油外输.     

沉垫型自升式平台拖航状态强度分析

采用势流理论,考虑辐射和绕射的影响,计算了作用在平台上的波浪动压力,并定义了三组设计波;基于有限元模型计算得到了主船体、沉垫、桩腿和固桩架等结构在设计波下的应力分布;分析了沉垫型自升式平台拖航时的载荷与结构响应特点.结果表明,沉垫在斜浪下的结构响应是平台拖航可行性的制约因素;在拖航状态中,桩腿最危险部位在沉垫和主船体之间;在满足平台稳性的前提下,适当降低沉垫的位置可以改善平台拖航强度.