海洋平台上部组块浮托安装数值模拟与实验研究

论文摘要

国内海洋平台上部组块重量日益增大，吨位有的高达上万吨，已经超过了浮吊或起重船的起重能力，而Floatover安装方法在国外被广泛使用,尤其是中东地区，“浮托法”安装模式是大型平台组块海上安装的发展趋势。本文以一座导管架平台实际安装为例，分别使用数值模拟和模型试验的方法对浮托安装进行了系统的研究。一方面，论文通过大型水动力软件AQWA进行数值模拟：在频域范围内，建立了驳船上部组块水动力模型，主要研究了驳船和平台上部组块组合结构不同水深吃水比的附加质量、阻尼系数，波浪力和运动RAO等水动力变化规律；分析了相同水深、不同方向入射波浪下驳船各自由度的动力响应特性；还研究了驳船垂直面运动固有周期变化规律。时域计算中，建立了耦合水动力模型，采用了非线性时域耦合分析方法，分析了3.8mPre-Mating工况和4.4mLoadTransfer0%工况，0度、45度、90度、135度、180度五个浪向，0.5m，0.75m，1.0m，1.25m和1.5m五个波高等计算工况，分析了驳船六桩尖运动响应，并讨论了浪向角变化，波高变化对船侧撞击力的大小影响。另一方面，进行了浮托安装水动力物理模型试验，分析比较了数值计算和模型试验的结果，包括两种不同工况中船舷撞击力的最大值、平台和驳船关键点的垂向最大位移等部分，结果吻合良好，趋势明显，为以后工程实际提供了参考。对于正确预报船体或平台水动力性能、设计具有优良水动力性能的海洋结构物，乃至促进船舶与海洋工程流体力学学科的发展等方面，都有十分重要的意义。浮托安装已在工程实践中得到了应用。本文研究结果对推动浮式海洋结构领域的高薪技术在我国海上应用有重要的现实意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1. 前言
• 1.1. 研究背景
• 1.1.1. 海洋平台浮托法
• 1.1.2. 浮托安装主要程序
• 1.1.3. 浮托安装关键装置
• 1.2. 海洋平台浮托法研究现状
• 1.2.1. 国外研究现状
• 1.2.2. 国内研究现状
• 1.3. 本文研究内容
• 1.3.1. 课题来源
• 1.3.2. 研究内容
• 1.3.3. 研究意义
• 2. 浮托安装驳船水动力分析
• 2.1. 三维势流理论
• 2.1.1. 速度势求解
• 2.1.2. 一阶波浪力
• 2.1.3. 二阶波浪力
• 2.2. ANSYSAQWA介绍
• 2.3. 水动力模型
• 2.3.1. 平台上部组块
• 2.3.2. 浮托驳船
• 2.3.3. 上部组块和驳船的连接
• 2.4. 水动力分析
• 2.4.1. 附加质量和阻尼系数
• 2.4.2. 一阶波浪力和二阶平均漂移力
• 2.4.3. 驳船垂直面运动固有周期变化规律
• 2.4.4. 平台驳船的运动响应32
• 2.5. 本章小结
• 3. 时域耦合动力分析
• 3.1. 时域分析计算理论
• 3.2. 驳船、导管架及系泊系统分析模型
• 3.2.1. 平台导管架
• 3.2.2. 模型系泊系统
• 3.2.3. 模型护舷系统
• 3.2.4. 计算工况及海洋环境
• 3.3. 计算结果及分析
• 3.3.1. 自由衰减曲线
• 3.3.2. 六个关键点的运动结果
• 3.3.3. 船舷撞击力
• 3.4. 本章小结
• 4. 海洋平台上部组块浮托法模型试验研究
• 4.1. 相似法则
• 4.2. 平台和系泊系统模型及实验仪器
• 4.2.1. 生产平台模型
• 4.2.2. 半潜式驳船模型
• 4.2.3. 锚泊系统模型
• 4.2.4. 试验设备及仪器
• 4.3. 环境模拟
• 4.4. 模型试验结果分析
• 4.4.1. 自由衰减曲线
• 4.4.2. 六个关键点运动
• 4.4.3. 船侧撞击力
• 4.5. 本章小结
• 5. 总结与展望
• 5.1. 总结
• 5.2. 不足与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文