南海海域半潜式平台表面载荷分布分析计算

应用有限元仿真技术,以我国南海使用的深水半潜式海洋钻井平台为原型建立模型,进行极限工况下波浪参数搜索工作.依据ABS(American Bureau of Shipping)和DNV(Det Norske Veritas)规范,应用随机性设计波法搜索并确定深水半潜式平台两浮体之间分离力最大工况、纵向剪切力最大工况、绕横轴扭矩最大工况以及总纵垂向弯矩最大工况共四种极限工况下的波浪参数,并通过所得波浪参数计算平台表面载荷分布.     

组合载荷下半潜式平台极限强度评估方法研究

采用非线性有限元方法,计算了不同组合比例下剪切扭转耦合作用时的半潜式平台极限承载力,基于设计波法对波浪载荷进行预报,研究了剪切扭转组合载荷对极限承载力的影响,计算了结构的剪切指数和扭转指数,用隐函数拟合得到了单一载荷和组合载荷下极限强度的联合关系式.基于现有规范,提出了一种考虑组合载荷作用下半潜式平台极限强度评估方法.研究结果表明:剪切和扭转两种载荷的同时作用会削弱单一载荷作用下平台的极限承载能力,所提出的组合载荷极限强度评估方法可对半潜式平台进行合理评估.     

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.
     

南海八号深水半潜式平台内孤立波载荷预报

结合3类内孤立波理论模型KdV、eKdV和MCC与Morison公式和压差力公式,建立了南海八号深水半潜式平台的内孤立波载荷预报方法.利用大型内波水槽开展了南海八号深水半潜式平台的内孤立波载荷模型实验,分析了Morison公式中南海八号深水半潜式平台的惯性力系数和拖曳力系数.结果表明,Morison公式中的惯性力系数和拖曳力系数不仅与雷诺数Re、KC(Keulegan-Carpenter)数以及两层流体的上下层厚度比有关,而且与平台的结构形式有关.对于南海八号深水半潜式平台,Morison公式中的惯性力系数与KC数之间呈幂函数关系,拖曳力系数与Re之间呈指数函数关系.     

MPS-DEM耦合方法的多段系泊浮体波浪响应分析

针对大型海上浮体平台常采用分段式结构以保证平台在海浪冲击下结构的稳定性,分段式结构使得浮体平台的水动力特性变复杂的问题,通过耦合移动粒子半隐式法(MPS)与离散单元法(DEM),在全拉格朗日框架下建立了二维造波水池模型。本文比较并修正了造波模型,提高了造波的准确度,并对消波模型进行了改进,改进后的计算量下降了12.1%;对含有不同数量子平台的分段浮体平台在规则波影响下的运动进行了数值模拟,探讨了分段浮体平台运动时子平台间的动态关系。研究结果表明,子平台位置靠近整体平台下游时,其垂荡和纵摇响应逐渐衰减,纵荡响应成为主导特征。大型分段浮体平台在设计时需注意减小前部子平台的垂荡和纵摇,并增加连接部件对尾部子平台的约束力,防止尾部子平台相互碰撞或脱离主浮体平台。     

基于迎浪中垂荡响应最小化的超深水半潜式平台型式优化

根据现有深水平台的资料,限定平台主尺度范围,并根据设计任务和船级社规范安全性方面的要求确定约束条件,建立了超深水半潜式平台的数学模型,并以平台在迎浪中的垂荡性能为目标用组合优化的方法进行优化分析.结果表明,该模型和算法可行,能得到全局最优解,适用于半潜式平台的优化设计.     

矩形截面半潜式平台浪流耦合作用涡激运动响应二维数值模拟

通过计算流体力学(CFD)数值模拟,针对一型采用矩形截面立柱设计的深吃水半潜式生产平台,研究其在波浪和流共同作用时的涡激运动响应.选取典型135°来流方向,以正弦振荡流模拟波浪,考虑不同KC数、不同相对流数下波浪与同向均匀流耦合作用.研究表明,较之于仅有均匀流作用,均匀流和正弦振荡流耦合作用时,矩形截面立柱的半潜式平台运动响应明显增大.振荡流耦合作用影响显著.     

作用在离岸结构物上的二阶漂移力

应用远场方法计算了作用在船舶及离岸结构物上的二阶稳态横漂力。用源汇分布 法计算浮体运动在无穷远处产生的辐射波及绕射波波幅。对于双体船剖面，公式中计 入了双体之间的水动力干扰效应。对Ｌｅｗｉｓ型船体剖面及两艘半潜式平台进行了计 算，计算结果与试验结果的吻合程度是令人满意的。     

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.     

多浮体结构物极限强度的组合箱型梁计算方法

对于双体船、三体船以及半潜式海洋平台等多浮体海洋结构物,其极限强度的评估与传统单体船舶有着很大区别,除了总纵弯曲外,总横弯曲和扭转的作用也将变得显著。引用既有的经典箱型梁结构,在对非线性有限元计算结果的准确性进行验证后,组合不同形状的箱型梁来模拟多浮体海洋结构物的基本构造,查找规范确定其危险工况,进行典型工况下的极限强度非线性有限元分析。就此提出一种通用的多浮体结构物极限强度的组合箱型梁计算方法,为多体船和半潜式海洋平台等极限强度的校核提供参考。