深水半潜式钻井平台振动及噪声分析研究

论文摘要

随着大陆架油气资源的日益枯竭,出于国家能源战略需要,我国提出了深海海洋工程发展战略,并开展深海关键工程设备第六代深水半潜式钻井平台自主研发。本文研究了大型深水半潜式钻井平台结构性能分析技术中的结构振动及噪声分析的关键技术,并根据分析结果对目标平台进行了减振降噪设计。提出了大型深水半潜式钻井平台振动与声学优化设计建议,为我国新一代钻井平台的总体设计提供了重要参考。首先,本文在研究深水半潜式钻井平台总体性能、结构设计特点和相关激振源的基础上,研究了半潜平台的振动特性。应用有限元模态叠加法对目标平台在深水作业工况下,进行全船自由振动和受迫振动预报,并采用加权衡准方法对平台作完整振动响应分析评估。其次,通过研究声学理论、噪声预报计算方法和深水半潜式钻井平台声场环境特点,综合应用声学有限元法、统计能量法及其混合法,以专业振动声学软件VA One2009为平台,对目标平台进行了全船、全频域噪声预报,并根据国际海事组织噪声评估标准IMO进行衡准,研究分析了目标平台噪声传播特点与路径。最后,在保证平台结构强度及性能前提下,综合考虑平台振动特性对目标平台进行减振降噪设计研究,在此基础上提出了可行的减振降噪设计方案,保证了新一代钻井平台的安全性和舒适性。本文还建立了深水半潜式钻井平台振动噪声预报及优化基本流程,为将来大型海洋结构物振动声学设计提供了参考,具有实际工程应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 论文的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 海上结构物振动分析研究现状
• 1.2.2 海上结构物噪声分析研究现状
• 1.3 本文研究解决的主要问题和创新点
• 1.3.1 深水半潜式钻井平台振动分析的研究难点
• 1.3.2 深水半潜式钻井平台噪声分析的研究难点
• 1.3.3 本文研究解决的主要问题
• 1.3.4 本文研究主要创新点
• 1.4 论文主要内容及章节安排
• 第二章 振动计算预报理论研究
• 2.1 半潜平台振动分析主要要素
• 2.1.1 振动激励源
• 2.1.2 阻尼
• 2.1.3 附连水
• 2.1.4 边界条件
• 2.1.5 刚度
• 2.1.6 质量
• 2.2 自由振动基本理论及计算方法
• 2.2.1 自由振动基本理论
• 2.2.2 自由振动计算方法
• 2.3 强迫振动基本理论及计算方法
• 2.3.1 强迫振动基本理论
• 2.3.2 强迫振动响应计算方法
• 2.4 振动对人体的影响
• 2.4.1 人体对激励频率的响应
• 2.4.2 人体在振动环境中舒适度评价标准
• 2.5 本章小结
• 第三章 深水半潜式钻井平台振动预报
• 3.1 目标平台结构特点与总体性能
• 3.2 深水半潜式钻井平台全船自由振动分析计算
• 3.2.1 目标平台有限元模型
• 3.2.2 目标平台自由振动模态与振型
• 3.2.3 目标平台自由振动衡准
• 3.3 深水半潜式钻井平台全船受迫振动响应分析计算
• 3.3.1 目标平台受迫振动激励源
• 3.3.2 目标平台结构阻尼系数选取
• 3.3.3 目标平台受迫振动响应计算结果分析
• 3.3.4 目标平台受迫振动响应分析衡准
• 3.4 深水半潜式钻井平台振动特性分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 噪声计算预报理论研究
• 4.1 声学基本概念
• 4.1.1 表征声场的声学量
• 4.1.2 基本假设
• 4.1.3 声学基本方程
• 4.1.4 声音的强度
• 4.1.5 声波的能量关系与经典吸收
• 4.1.6 结构振动中的声辐射计算
• 4.2 噪声计算预报方法
• 4.2.1 振动噪声问题的有限元法
• 4.2.2 振动噪声问题的有限元+边界元法
• 4.2.3 振动噪声问题的统计能量法
• 4.2.4 振动噪声问题的Hybrid FE/SEA 法
• 4.3 深水半潜式钻井平台环境中的声场
• 4.3.1 机械声振源声场
• 4.3.2 结构振动声振源声场
• 4.3.3 安装结构振动声振源声场
• 4.4 深水半潜式钻井平台噪声计算预报
• 4.4.1 深水半潜式钻井平台噪声预报基本流程
• 4.4.2 舱室噪声声压级的衡准
• 4.5 本章小结
• 第五章 深水半潜式钻井平台噪声预报
• 5.1 目标平台振动噪声激励源
• 5.2 VA ONE 振动声学软件介绍
• 5.2.1 软件应用范围
• 5.2.2 软件特点
• 5.3 深水半潜式钻井平台全频域全船噪声计算模型
• 5.3.1 目标平台低频域声学有限元模型
• 5.3.2 目标平台声学有限元模型模态计算分析
• 5.3.3 目标平台高频域声学统计能量模型
• 5.3.4 目标平台统计能量模型模态密度计算分析
• 5.3.5 目标平台中频域声学混合模型及模态密度分析
• 5.4 舱室噪声总声压级求解
• 5.5 深水半潜式钻井平台振动噪声计算分析
• 5.5.1 目标平台振动噪声计算分析
• 5.5.2 目标平台振动噪声传播路径分析
• 5.5.3 目标平台减振降噪设计
• 5.5.4 目标平台减振降噪设计后噪声预报分析
• 5.6 深水半潜式钻井平台声学特性研究与优化
• 5.7 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文