铰接塔平台的动力响应分析

论文摘要

深水铰接塔平台作为一种新型的平台可以应用于单点系泊、装载终端、控制塔、海底安装和早期生产设备等油气各生产环节,是未来油气资源的重要设备。由于铰接塔平台顺应与环境载荷,因此对铰接塔平台进行结构的动力响应是十分必要的。本文主要是研究铰接塔平台的动力响应分析,采用两种方法进行分析研究,根据铰接塔的结构特征,将平台顶部工作单元简化为集中质量,塔柱和浮力仓简化为均匀直杆,平台简化为顶部有集中质量的钟摆模型,平台的恢复力矩由浮箱提供,建立铰接塔平台运动分析模型。先应用数值模拟方法进行研究,将平台视为单自由度系统,根据平台的受力情况,计算出平台所受的底部的摩擦力,浮力,再考虑海流和波浪对平台的作用,应用Morison公式计算铰接塔平台瞬时位置所受到的流体力,依据拉格朗日原理建立了铰接塔平台的运动方程。采用数值模拟的方法进行分析,计算出铰接塔平台在不受波浪力时的响应,得出各阻尼对平台响应的影响,计算只受到波或流作用及波流联合等情况下的响应,并且讨论海流方向等因素对平台系统运动响应的影响。再利用有限元方法进行研究,首先利用ABAQUS进行建模,对模型进行加载考察其动力响应,根据文献,取5种波的情况和2种流的情况,及3种波流联合作用的情况,从受只受波或流和受到波流联合作用等几个方面去讨论其响应情况,将结果进行对比分析,并且与数值模拟的方法得出的结果进行了比较。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 铰接塔平台的介绍
• 1.3 铰接塔平台的研究现状
• 1.3.1 确定性载荷引起的响应的研究现状
• 1.3.2 随机载荷引起的响应的研究现状
• 1.4 研究方案及方法
• 1.5 本文的主要工作和内容
• 第2章 基本理论
• 2.1 线性波浪理论
• 2.2 Morison公式
• 2.3 拉格朗日方程
• 2.4 本章小结
• 第3章 平台的受力分析
• 3.1 铰接塔平台的模型简化
• 3.2 平台、波浪、海流的运动
• 3.2.1 铰接塔的运动
• 3.2.2 波流的运动
• 3.3 作用在塔柱上的外力和力矩
• 3.3.1 附加质量力矩
• 3.3.2 浮力及浮力矩
• 3.3.3 流体力各分力及力矩
• 3.3.4 摩擦力矩
• 3.4 用拉格朗日方程推导运动方程
• 3.4.1 拉格朗日方程
• 3.4.2 运动方程的推导
• 3.5 本章小结
• 第4章 实例计算
• 4.1 基本参数
• 4.2 铰接塔平台的无波浪力作用下的响应分析
• 4.2.1 平台运动的基本频率的计算
• 4.2.2 无海浪作用时的响应分析
• 4.3 有海流作用下平台的响应分析
• 4.3.1 海流存在时平台的平衡位置
• 4.4 平台在波浪作用下的响应
• 4.5 平台在波流联合作用下的响应
• 4.6 波流方向对平台的响应的影响
• 4.6.1 当α=0°，α=180°时平台的响应
• 4.6.2 当α=45°，α=135°时平台的响应
• 4.6.3 当α=90°时平台的响应
• 4.7 本章小结
• 第5章 有限元理论计算平台响应
• 5.1 有限元基本原理
• 5.1.1 基本假设
• 5.1.2 基本理论模型
• 5.1.3 运动方程
• 5.1.4 参数的确定
• 5.1.5 波浪力的计算
• 5.2 有限元建模
• 5.2.1 基本参数单元
• 5.2.2 模型建立及单元的划分
• 5.3 铰接塔平台的响应分析
• 5.3.1 只在波浪作用下的响应
• 5.3.2 在只受有流作用下的响应
• 5.3.3 波流联合作用下的响应
• 5.4 结果分析
• 5.4.1 有限元软件所得结果分析
• 5.4.2 两种方法所得结果比较分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢