组合锚泊系统的分析与研究

论文摘要

海洋蕴藏着巨大的油气资源,面对陆地资源的日渐匮乏,海洋资源的开发与利用正在受到越来越多的关注。随着海洋开发事业的进展,各种各样的海上结构物不但数量与规模与日俱增,而且作业范围也逐渐向深海域发展。它们要求在较长时间在海上作业,与普通船舶相比,它们的锚泊系能要求更高。目前半潜式钻进平台和浮式生产储油系统也已经成为海洋开发的主要工具。为了保证海洋平台等长期在海上作业的漂浮物在大多数海况下可以正常工作,海洋结构物的锚泊系统的设计尤其重要。锚泊系统在深水中通常采用锚索或锚链等多种成分合成的锚泊线来减小锚泊系统的重量,但是多成分合成锚泊线带来设计参数较多给锚泊设计分析带来不便。针对这些问题,本论文基于准静定分析推导了一定水深下多成分锚泊线悬链线方程组,在考虑锚泊线组成成分的特征参数对锚泊系统回复力的影响下,编写了组合锚泊系统参数的计算程序,并且建立了一种深水多成分锚泊线的优化设计分析模型。本文在前人工作的启发下,充分利用悬链线方程,了解了水深、水平外力、悬链线张力等参数之间的变化关系,研究了目标函数模型的求解方法,分别采用MATLAB的优化工具箱和遗传算法工具箱选择出最佳模型参数,将之应用于设计实例,并对优化的结构进行分析,得出了相关结果,并且对锚泊线的各成分之间的组合优化问题有了初步的了解。结论发现只要设计的合理,在相同的位移条件下,组合锚泊系统的总回复力一般是大于全索或者全链锚泊系统的。本论文的方法和结论对于多成分锚泊线的锚泊系统的初步设计和研究对实际工程有一定参考价值和指导意义,也为将来的更进一步的研究做出了有益的探索。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 课题研究的目的和意义
• 1.3 锚泊系统的研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 论文的主要工作
• 第2章 锚泊系统的概述
• 2.1 锚泊系统的分类
• 2.1.1 临时锚泊系统与定位锚泊系统
• 2.1.2 定位锚泊系统的分类
• 2.2 锚泊线的组成与布置
• 2.2.1 锚泊线的成分
• 2.2.2 不同材料成分的锚泊性能比较
• 2.3 锚泊线重量及其断裂强度的估算
• 2.3.1 锚链的重力估算
• 2.3.2 海水中每米锚链的重力估算
• 2.3.3 锚链的断裂强度估算
• 2.3.4 钢丝绳的重力估算
• 2.3.5 海水中每米钢丝绳的重力估算
• 2.3.6 钢丝绳的断裂强度估算
• 2.4 本章小结
• 第3章 锚泊线的受力分析及计算
• 3.1 锚泊线的悬垂线方程推导及受力分析
• 3.1.1 单一成分锚泊线的悬垂线方程的推导
• 3.1.2 组合锚泊线的悬垂线方程的推导及受力分析
• 3.1.3 算例分析
• 3.2 锚泊线的设计参数
• 3.2.1 锚泊线的选择和分布
• 3.2.2 浮体允许位移及其他设计要求
• 3.3 锚泊线的预张力和回复力的计算
• 3.3.1 预张力的确定
• 3.3.2 回复力的计算
• 3.4 计算实例及流程
• 3.4.1 程序框图
• 3.4.2 计算实例
• 3.5 本章小结
• 第4章 两种成分悬链线锚泊系统的优化设计
• 4.1 两种成分锚泊线优化问题的提出
• 4.2 两种成分锚泊线优化模型的建立和求解
• 4.2.1 设计优化模型分析
• 4.2.2 设计变量
• 4.2.3 限制条件
• 4.2.4 求解步骤
• 4.2.5 优化目标函数的建立
• 4.3 优化求解
• 4.3.1 目标函数的分析
• 4.3.2 优化方法的选取
• 4.3.3 所采用优化方法的使用方法
• 4.4 优化实例
• 4.5 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的论文