深水半潜式平台自存状态下风洞模型试验研究

论文摘要

本文针对国家863项目“3000米水深半潜式钻井平台”,对某深水半潜式平台环境载荷中的风载荷进行分析研究。结合我国南海海域海况条件,通过风洞模型试验及查阅平台相关规范,分析计算平台风载荷体型系数。并通过大型有限元ANSYS及AQWA软件计算风、浪联合作用下的风载荷及波浪载荷,得出风载荷所占总载荷及风倾力矩占总力矩的百分比。通过风洞模型试验,分析了深水半潜式海洋平台自存状态下的风压分布及风载荷变化规律。论文分析了平台在自存状态下7个工况的风载荷及波浪载荷。根据给定的平台所属的海域的环境资料,通过风洞模型测力试验,及用FLUENT软件对平台结构进行数值模拟,分析了在自存状态下,平台水平及倾斜时的风载荷。论文通过试验测得了较为准确的海洋平台体型系数,为大型深水半潜式海洋平台的风载荷研究提供了参考依据,并提出了确定海洋平台风载体型系数的模型试验方法和平台构件体型系数的参考值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 深海油气开发现状
• 1.2 深水半潜式海洋平台发展状况
• 1.3 风洞试验的发展状况及其特点
• 1.4 本课题的工程背景及主要研究内容
• 2 风的特性及其基本理论
• 2.1 大气边界层
• 2.1.1 平均风速—风剖面
• 2.1.2 湍流风
• 2.2 风载荷计算
• 2.2.1 海洋平台建筑物上的风载荷
• 2.2.2 风压
• 2.2.3 平均风压系数
• 2.2.4 风载荷体型系数
• 2.2 .5 风压高度变化系数
• 3 深水半潜式平台风载荷体型系数研究
• 3.1 利用规范计算平台体型系数
• 3.1.1 风载荷体型系数的定义
• 3.1.2 风载荷体形系数的计算
• 3.2 测压试验得出的平台体型系数及风载荷
• 3.2.1 实验模型及实验条件
• 3.2.2 风速风向与试验工况
• 3.2.3 由测压试验得出的平台各构件的体形系数
• 3.2.4 测压试验得出的平台风载荷与利用规范计算出的风载荷
• 4 平台水平及倾斜状态下的风载荷数值模拟
• 4.1 有限元法的概述
• 4.1.1 有限元的基本思想
• 4.1.2 有限元分析法的特点
• 4.1.3 三维动力学问题的有限元分析法主要过程及具体步骤
• 4.2 平台风载荷的数值模拟
• 4.2.1 数值模型的建立
• 4.2.2 利用GAMBIT建模时计算流域的选取
• 4.2.3 GAMNIT网格划分
• 4.2.4 边界条件的设定
• 4.2.5 控制方程及湍流模型
• 4.2.6 FLUENT求解参数的设置
• 5 平台水平及倾斜时的测力试验
• 5.1 测力模型
• 5.2 实验条件
• 5.3 试验工况
• 5.4 试验结果分析
• 6 在风浪联合作用下平台风载荷研究
• 6.1 本章使用的建模软件ANSYS及后处理软件AQWA的介绍
• 6.1.1 ANSYS软件的简介
• 6.1.2 AQWA软件的简介
• 6.2 数值模拟风浪联合最用下的平台风载荷
• 6.2.1 利用ANSYS建立平台几何模型
• 6.2.3 利用AQWA对模型的风载荷及波浪载荷进行分析计算
• 7 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢