等效水深截断系统优化设计研究

世界范围内海洋油气开采正在向500～3000m的深海进军．然而,对深海全水深系统进行模型试验相当困难：目前世界上没有一家水池有足够的空间可以在常规缩尺比下容纳一个工作在1000～3000m之间的完整的顺应式系泊浮式生产系统．面对该挑战,目前看起来最可行的就是所谓的混合模型试验技术．应用该技术的首要工作就是设计等效水深截断系统．我们研究了深海平台混合模型试验方法的优化设计问题．研究过程中,主要考虑了截断水深和全水深系统的静力特性相似．将截断水深和全水深系统静力特性相似程度的数值作为目标函数建立了等效水深截断系统优化设计数学模型．通过选择适当的设计准则,可减少截断水深和全水深系统之间的动力特性差异．为计算系泊系统的静力特性,采用四阶龙格一库塔法来求解单根锚泊线的静力平衡方程．当单根锚泊线的静力特性计算出来后,总系泊系统的静力特性可以用拉格朗日插值方法计算出来．建立了锚泊线材质数据库,以锚泊线材质名和直径作为关键字．选用经过改进的混合离散变量模拟退火法和离散复合形法来进行优化计算．采用C＋＋语言基于面向对象方法开发了计算机程序．具体优化计算时,先分别用两种优化法计算出相应的结果,然后选取较好的一个作为最终结果．为考察开发出的计算机程序,文中以一个工作水深为320m的10万吨内转塔式系泊FPSO为例进行了等效水深截断系统优化设计计算,截断水深选为160m,并选取几个典型工况对截断系统和全水深系统都进行了缩尺比为λ=80的模型试验,比较两者的试验结果发现,该文的截断系统设计是成功的．作者将结合一个具体实例对以前发表的关于深海平台混合模型试验方法的论文进行总结．     

深水半潜式平台模型试验与数值分析

以一座工作水深为1.5 km的深海半潜式钻井平台及其锚泊系统为例,对其在280 m等效截断水深锚泊系统系泊下的6自由度运动和锚链受力进行模型试验研究,缩尺比取为1∶70.采用非线性时域耦合分析法对原深海半潜式钻井平台系统进行数值分析,并将模型试验和数值分析结果进行比较.结果表明:等效截断水深锚泊系统在静力方面可较好地模拟全水深锚泊系统,动力相似上的不足导致其锚链受力最大值与全水深锚泊系统的相差较大;截断水深模型试验对全水深锚泊系统系泊下的半潜平台运动响应的预报较为可信,而平台锚系的受力情况需辅以数值模拟进行研究.     

深水非线性弹簧截断张紧式系泊系统动力特性

通过分析张紧式系泊系统的力学特性,提出用弹簧系统代替被截断系泊线并准确模拟其刚度特性的方法.截断水深以上系泊线刚度保持不变,讨论弹簧长度、位置及非线性系数的确定方法,保证截断前后系统的静力特性相似.提出改变截断后系泊线直径和单位长度质量的计算方法,准确模拟系泊线的动力特性.将一作业水深3 048m的FPSO内转塔式系泊系统分别等效截断到1 000m和500m,通过静态分析和时域动态分析可知:截断前后系泊线的预张力、顶部张角、静力特性曲线、平台总体响应和系泊线受力都符合良好,证明了所提截断方案的合理性和正确性.     

等效水深截断系统模型试验结果可用性研究

以一工作水深为320 m的转塔式浮式生产储油系统(FPSO)为例研究了被动截断式的混合模型试验方法,选择截断水深为160 m,先后进行了截断系统和全水深系统模型试验,并对两者结果进行了比较.结果发现,在保证静力特性相似并且截断程度不大的情况下,等效水深截断系统模型试验能在一定程度上代替全水深系统模型试验.     

内转塔式FPSO截断技术及其总体响应

对一作业水深914 m的内转塔式FPSO平台系泊及立管系统进行等效水深截断设计,以解决海洋工程模型试验水池尺度有限的问题.调整系泊线及立管的长度、轴向刚度和单位长度质量,保证其悬链线形状以及静态特性与原系统一致.截断因子较大时,只对系泊线中间部分等效截断,截断因子较小时,海底部分也要适当截断,并分别推导出相应计算公式.最后对整个FPSO系统进行时域耦合分析,比较发现截断后系泊系统静态特性、平台总体响应和系泊线受力都与全水深情况和已有模型试验结果吻合良好.表明截断方法是合理可行的,能保证截断前后平台性能一致.     

深海单柱式平台及其系泊系统的截断水深模型试验

阐述了由水平截断引起的水深截断系泊系统的水平回复力特性难于在所有方向上与全水深保持一致的问题,提出了垂向截断因子γV、水平截断因子γH的概念,分析了水深截断系泊系统等效设计的难点.针对一工作在1.5 km水深的新型单柱式(Spar)平台,介绍了水深截断系泊系统设计流程,给出适合Spar平台特点的等效设计原则,提出了采用特殊装置延长张紧式系泊缆水平跨距的方法,解决了深海Spar平台及其系泊系统在现有水池进行截断水深模型试验的问题.     

转塔式锚泊系统的动力分析

采用时域分析方法计算转塔式锚泊系统的动力响应问题,并对系泊在水深３５０ｍ的常规的转塔式锚泊系统进行了分析研究．计算结果与响应模型试验进行了比较,两者吻合较好．在此基础上,对系泊在水深４００ｍ和１２００ｍ的常规及具有浮筒的转塔式锚泊系统在各种环境条件作用下的运动和受力进行了分析研究,提出了对深海转塔式锚泊系统应注意的问题,这对深海石油开采装置的研究具有一定的实用意义     

以动力稳定为目标的空间结构等效静力风荷载

采用基于位移或内力响应等效的等效静力风荷载进行大跨空间结构的稳定分析并不十分合理.以动力稳定为目标的等效静力风荷载将使大跨空间结构的设计能够满足稳定性设计的要求.提出大跨空间结构以动力稳定为目标的等效静力风荷载的概念和初步方法,并应用于单层柱面网壳的稳定性分析.通过风洞试验获得柱面网壳表面的非定常气动力,利用Budiansky-Roth准则分析该网壳的动力稳定性,得到以动力稳定为目标的等效静力风荷载.通过对比以动力稳定为目标和基于位移等效的等效静力风荷载下的稳定性分析结果,表明大跨空间结构进行稳定性分析时有必要采用以动力稳定为目标的等效静力风荷载来考虑风荷载作用.     

截断系泊系统不同恢复力矩特性对于深水半潜式平台摇摆运动的影响

以工作在1.5km水深的半潜式平台为例,在截断水深模型实验中,设计5套符合水平及垂向回复力、最大单根缆受力特性相似的截断系泊系统,使之具有不同的力矩特性曲线.通过时域耦合计算,比较在这些截断系泊系统下平台的摇荡运动的差异,并与实验结果对比分析.结果表明,水深截断系泊系统的力矩特性是否相似对半潜式平台摇荡运动有一定影响,平台的水平偏移越大时影响越显著.说明在截断系泊系统设计中,保持与全水深系统一致的力矩相似特性的必要性.     

南海桁架式深吃水立柱式平台水动力性能

应用三维势流理论、非线性时域动力耦合分析方法以及深海平台混合模型试验研究方法,针对我国南海北部一座15 km桁架式深吃水立柱式平台（Truss Spar）,在不同海况下对作业装载的平台锚泊系统进行了截断水深模型试验、数值重构研究,并数值外推到全水深,较好地预报了其水动力性能,包括纵荡、垂荡和纵摇. 经分析：Truss Spar平台的垂荡、纵摇低频运动分量较大,同时纵荡也表现出很强的低频特性;此外,平台具有较小的垂荡运动幅值,垂荡性能较好,能较好地满足海上油气生产的要求.     

相邻两节点等值算法在复杂电网简化中的应用

实际电力系统呈现非辐射状网络的特点,评估研究其稳定性往往需要建立电磁暂态仿真模型,这就要求首先对系统进行简化等值。采用考虑了等值节点之间耦合阻抗的相邻两节点等值算法,成功实现了对实际复杂大电网的简化建模。德宝高压直流输电系统和南方某实际超高压交流输电系统的仿真分析表明,等值后系统的静态性能与原系统一致,同时也具备比较接近的动态响应,满足等值要求,为后续稳定性的相关研究奠定基础。     

等价替换可行性条件的妙用

本文给出计算极限的表达式中,有加、减运算时使用等价替换法的条件,并说明其妙用。     

关于和式极限的几个重要定理及其应用

通过几个重要定理介绍一些和式极限的几种简单解法.     

电磁暂态仿真中网络等值的方法研究

在进行电磁暂态仿真时,为降低计算规模,需要对电网数据进行等值处理.在利用电力系统综合稳定程序(PSASP)进行Ward等值后,采用基于戴维南定理的多电势等效理论,实现了电磁暂态仿真时系统的网络等值,并开发了相关的等效转换软件.针对某省级电网算例系统,利用PSCAD/EMTDC仿真软件搭建了等值后的系统模型,对算例系统等...     

一个半离散单调核的Hilbert型不等式

通过引入参数及估算权系数,给出一个半离散、单调核的Hilbert型不等式,同时给出了相应的等价形式.     

动力合成装置的等效模型及等效转动惯量

差速行星齿轮机构用于合成运动,可以作为动力合成装置。随着石油资源的日益枯竭,混合动力汽车近年来成为汽车新宠,差速齿轮机构可以作为其中的动力合成部分。尽管动力合成装置的具体结构千差万别,但在整个传动系统中,结构参数及运动规律存在着一定的规律。用等效方法将其简化,得到动力合成装置的简化模型,并利用差动轮系的内在参数关系,推演出模型在三种工作模式下的等效转动惯量,为动力合成装置的动力学分析提供了参数基础。     

数学中等价的意义与作用

等价是数学中一个重要概念，它对沟通数学知识之间的联系和处理数学问题有着重要的作用。等价变换法、等价命题法、同构法等均隶属于RMI原则。     

弹簧系统在恒力作用下的等效问题

针对在恒力作用下弹簧振子系统的特殊性，提出了等效弹性力和等效弹性势能的观点。利用这一观点，可以大大简化这一类问题的计算。     

动力合成装置的等效模型及等效转动惯量研究

差速行星齿轮机构用于合成运动,可以作为动力合成装置。随着石油资源的日益枯竭,混合动力汽车近年来成为汽车新宠,差速齿轮机构可以作为其中的动力合成部分。尽管动力合成装置的具体结构千差万别,但在整个传动系统中,结构参数及运动规律存在着一定的规律。本文用等效方法将其简化,得到动力合成装置的简化模型,并利用差动轮系的内在参数关系,推演出模型在三种工作模式下的等效转动惯量,为动力合成装置的动力学分析提供了参数基础。     

多项式最大公因式的矩阵求法

以多项式的最大公团式理论为基础,利用矩阵法来求多项式的最大公因式．