Spar平台在风、浪、流中的运动预测与分析

论文摘要

本文的主要研究内容为预测与分析Spar平台在风、浪、流载荷及锚泊力共同作用下的运动,同时本文考察了三种计算流载荷的方法。此外,本文还以经典式Spar平台为研究对象分析了计算大直径圆柱结构水动力的三种方法。本文采用完全细长体公式计算Spar平台的波浪力,尤其是桁架式Spar平台桁架结构水动力的计算,它是完全细长体公式应用的进一步拓展。风载荷根据API规范中的方法进行计算,风速随着距离海平面高度的不同而变化。本文考虑的流为均匀流,在整个水深范围内流速为常数,通过流速与波浪水质点速度相叠加的方法计及流载荷对Spar平台运动的影响。在进行运动计算时,Spar平台被假设为刚体,采用刚体的完全非线性运动方程描述Spar平台的运动。最后本文在Q.W.Ma&M.H.Patel三个自由度经典式Spar平台运动计算程序的基础上,将其拓展为计算经典式与桁架式Spar平台在风、浪、流及锚泊共同作用下的六个自由度运动。本文利用上述运动计算程序分别对一座经典式Spar平台与一座桁架式Spar平台进行运动预测与分析,主要研究内容与结果如下：(1)比较本文的计算结果与实验结果,比较结果良好,同时本文还将Spar平台在特殊浪向及流向下的运动计算结果与理论预测结果进行验证,本文程序的计算结果与理论预测结果相一致,这些都充分验证了本文计算程序的可靠性。(2)预测经典式Spar平台在风、任意方向波、任意方向流及锚泊共同作用下的六个自由度运动。(3)以经典式Spar平台为研究对象,研究了计算大直径圆柱结构水动力的三种方法,研究结果表明随着波浪周期的增大三种方法的计算结果明显不同。(4)预测桁架式Spar平台在风、任意方向波、任意方向流及锚泊共同作用下的六个自由度运动。(5)通过经典式与桁架式Spar平台考察了三种计算流载荷的方法。研究结果表明流载荷的计算方法对Spar平台的运动计算结果影响较大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本文的研究背景及意义
• 1.2 SPAR平台的发展与研究现状
• 1.2.1 SPAR平台的发展及组成
• 1.2.2 研究现状
• 1.3 本文的研究内容
• 第2章 作用在SPAR平台上的环境载荷
• 2.1 波浪载荷
• 2.1.1 波浪边值问题的建立
• 2.1.2 线性波浪理论
• 2.1.3 波浪理论的修正
• 2.1.4 波浪载荷的计算
• 2.2 风载荷
• 2.2.1 风速的计算
• 2.2.2 风载荷的计算
• 2.3 流载荷
• 2.3.1 流速的计算
• 2.3.2 波流的相互作用
• 2.3.3 流载荷的计算
• 2.4 本章小结
• 第3章 SPAR平台运动方程的建立
• 3.1 坐标系的建立
• 3.2 运动方程的建立
• 3.3 运动方程的描述
• 3.4 运动方程中力与力矩的计算
• 3.4.1 方程中力的计算
• 3.4.2 方程中力矩的计算
• 3.5 本章小结
• 第4章 SPAR平台运动方程的数值计算
• 4.1 数值计算SPAR平台的瞬时湿长度
• 4.2 数值计算SPAR平台的合外力
• 4.2.1 水动力与静水力的数值计算
• 4.2.2 锚泊力的数值计算
• 4.2.3 风载荷的数值计算
• 4.3 数值计算SPAR平台的运动
• 4.4 本章小结
• 第5章 经典式SPAR平台的运动预测与分析
• 5.1 经典式SPAR平台在波浪中的运动预测与分析
• 5.1.1 计算程序的验证
• 5.1.2 计算结果与实验结果的比较
• 5.1.3 预测经典式SPAR平台在波浪中的运动
• 5.1.4 分析计算SPAR平台波浪力的三种方法
• 5.2 经典式SPAR平台在波流中的运动预测与分析
• 5.2.1 计算程序的验证
• 5.2.2 预测经典式SPAR平台在波流中的运动
• 5.2.3 考察计算流载荷的三种方法
• 5.3 经典式SPAR平台在风、浪、流中的运动预测与分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 桁架式SPAR平台的运动预测与分析
• 6.1 计算桁架式SPAR平台的水动力
• 6.2 桁架式SPAR平台在波浪中的运动预测与分析
• 6.2.1 计算程序的验证
• 6.2.2 计算结果与实验结果的比较
• 6.2.3 预测桁架式SPAR平台在波浪中的运动
• 6.3 桁架式SPAR平台在波流中的运动预测与分析
• 6.3.1 计算程序的验证
• 6.3.2 预测桁架式SPAR平台在波流中的运动
• 6.3.3 考察计算流载荷的三种方法
• 6.4 桁架式SPAR平台在风、浪、流中的运动预测与分析
• 6.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢