张力腿平台动力响应研究

论文摘要

张力腿平台是一种复合型的海上平台,在竖直方向为刚性,但在水平方向显示柔性。张力腿平台船体是通过竖向的系泊缆(Tendon)连接到海底基座,通过浮力大于平台自重使系泊缆有充足的张紧力。本文对现有的几种类型的张力腿平台的出现背景、结构设计的创新特点以及优势做了简要叙述。对张力腿平台的动力响应分析是其设计阶段的重要步骤,通过运动响应分析可以得到张力腿平台在波浪作用下的响应,定量地分析张力腿平台在不同方向、不同频率波浪作用下的响应值。本文以三维势流理论为基础,采用理论分析与数值计算相结合的方式,研究了张力腿平台的动力特性。采用挪威船级社SESAM大型海洋工程分析系统建立相应的几何模型、边界元模型、莫里森模型和质量模型,计算了张力腿平台所受到的一阶波浪力,包括附加质量力和势流阻尼力,并且计算得到了二阶波浪力,分析了这些参数随着的入射波浪频率变化的变化规律。并得到了张力腿平台一阶运动与力响应函数(RAO)。张力腿平台的初期设计中涉及到许多重要的参数,如其吃水深度、作业水深、及张力腿数量等。本文利用频域分析得到了张力腿平台的吃水深度及张力腿的数量对张力腿平台的总体运动性能的影响。假定入射波浪为零均值,呈高斯分布,大量的实践表明船体运动和载荷的短期响应服从Rayleigh分布,为了描述在张力腿平台在海况不变的条件下,几分钟至数小时内船体的响应情况,本文对该张力腿平台进行了短期运动响应预报,得到了张力腿平台短期运动的短期响应数据。为以后的张力腿平台的设计提供了依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 引言
• 1.1.1 海上石油资源
• 1.1.2 海上石油开发和海洋平台
• 1.2 张力腿平台
• 1.2.1 典型张力腿平台
• 1.2.2 延伸式张力腿平台（ETLP）
• 1.2.3 海之星张力腿平台（SeaStar TLP）
• 1.2.4 最小化深海水面设备结构 （Moses TLP）
• 1.3 深水平台动力特性
• 1.3.1 研究意义
• 1.3.2 研究现状
• 1.4 本文研究的内容
• 第二章 基础理论
• 2.1 坐标系定义
• 2.2 速度势
• 2.3 流体作用力
• 2.4 附加质量和阻尼
• 2.5 频域运动方程
• 第三章 张力腿平台运动分析
• 3.1 张力腿平台模型的建立
• 3.1.1 张力腿平台参数
• 3.1.2 几何模型
• 3.1.3 边界元模型
• 3.1.4 莫里森模型
• 3.1.5 质量模型
• 3.2 流体动力系数的计算
• 3.2.1 附加质量系数
• 3.2.2 阻尼矩阵
• 3.2.3 复原力矩阵
• 3.3 张力腿运动固有频率计算
• 3.4 运动响应传递函数的计算
• 3.4.1 一阶波浪力传递函数
• 3.4.2 二阶平均漂移力
• 3.4.3 运动响应传递函数
• 第四章 关键参数对张力腿平台运动的影响
• 4.1 吃水深度
• 4.1.1 参数比较
• 4.1.2 响应结果
• 4.2 水深条件
• 4.2.1 参数比较
• 4.2.2 响应结果
• 4.3 张力腿数量
• 4.3.1 参数比较
• 4.3.2 响应结果
• 第五章 张力腿平台的运动预报
• 5.1 波浪谱密度
• 5.1.1 不规则波浪的统计特性
• 5.1.2 谱密度函数的定义
• 5.1.3 不规则波的谱密度
• 5.1.4 谱密度函数的数字特征
• 5.2 短期预报
• 5.2.1 设计海况条件
• 5.2.2 运动响应谱
• 5.2.3 运动短期响应极大值
• 第六章 结 论
• 6.1 主要结论
• 6.2 今后的研究和展望
• 参考文献
• 附录A
• 攻读硕士学位期间的研究成果
• 致谢