基于ANSYS软件实现Spar平台的波浪载荷动力分析

论文摘要

随着陆上和近海油气资源的日渐枯竭,为了满足日益增长的能源需求,深海油气的开发已成为必然趋势。而伴随着人类进军深海的脚步口益加快,各种类型适应深海开发的海洋平台层出不穷,但从长远看来,系泊浮式采油平台是未来深海开发的重点和主体。以Spar平台和张力腿平台为代表的新型采油平台,还在不断地采用突破性的新技术,正朝着更大水深、更好经济性、更强适应性的方向飞速发展。但是随着水深的增加,海洋环境变得越来越复杂,使得人们对海洋结构物的结构和性能提出了更高的要求,也对工程和科学界提出了更高的挑战。本文运用ANSYS有限元模拟软件,并采用PSD随机振动模拟方法,以一座位于墨西哥湾-世界上第一座Truss Spar平台Nansen Spar平台为模型,在随机波浪载荷（JONSWAP波浪谱）作用下,进行平台的动力响应数值模拟研究。论文设置了两种不同的计算方法进行对比,包括模态法和PSD随机振动法。并且在PSD随机振动法模拟中采取了两种不同频率的随机波浪谱进行动力响应模拟。结果表明:在进行模态分析时,Spar平台的振动是从桁架上部的重心位置向上部和下部开始振动,平台的纵荡、横荡、垂荡都比较剧烈。其中对平台影响最大的为平台的垂荡运动;在不发生共振的频率范围内时,Spar平台在随机波浪载荷作用下的动力响应与波浪能量的频率范围是相同的。其中,Spar平台的Y方向的位移响应、速度响应和加速度响应是最大的;摇摆响应是绕X轴的为最大;而对于不同的部位的动力响应值,则是平台的简体（即重心附近）为最低;平台的垂荡板的Y方向的动力响应为最大。在发生共振的频率范围内时,Spar平台的位移响应的共振峰值要比波浪载荷作用的峰值要大,摇摆响应则要大的多;而速度响应则只有稍许波动,加速度响应影响不大;虽然Spar平台的吃水深度很深,重心很低,然而其在低频区域的慢漂影响不容忽视。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 深海海洋平台的发展和分类
• 1.3 柱筒式（Spar）平台的优越性和发展历程研究方法的选择
• 1.3.1 柱筒式（Spar）平台的优越性
• 1.3.2 柱筒式（Spar）平台的发展历程
• 1.4 目前柱筒式（Spar）平台的研究热点
• 1.5 本文的研究内容
• 第2章 Spar平台结构和总体运动响应
• 2.1 Spar平台结构
• 2.2 Spar平台总体运动响
• 2.2.1 Spar平台结构模型
• 2.2.2 Spar平台总体运动响应
• 2.3 本章小结
• 第3章 Spar平台动力响应理论
• 3.1 系统动态特性
• 3.1.1 线性时不变系统的动态特性
• 3.1.2 特征值问题
• 3.1.3 控制方程
• 3.2 波浪谱分析
• 3.2.1 波浪谱
• 3.2.2 波浪谱分析
• 3.3 Spar平台系泊系统
• 3.3.1 系泊系统
• 3.3.2 锚泊系统的刚度
• 3.3.3 Spar平台锚泊系统的静力分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 Spar平台的动力响应分析
• 4.1 实际Spar平台概况和ANSYS中模型的建立
• 4.1.1 实际Spar平台概况
• 4.1.2 ANSYS中Spar平台模型的建立
• 4.2 本ANSYS中Spar平台模型的数值模拟分析
• 4.2.1 ANSYS中Spar平台模型的模态分析
• 4.2.2 在随机波浪载荷作用下Spar平台的动力响应
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢