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Truss Spar平台湿拖与扶正性能数值与试验研究

作　者: 刘琳
导　师: 肖龙飞
学　校: 上海交通大学
专　业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: Spar平台湿拖扶正水动力性能模型试验数值计算
分类号: U661.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着陆上和近海石油资源的日趋枯竭,油气资源开发正在不断地向深海发展,作为最新一代已成功应用的深海平台,立柱式平台(Spar platform)已成为国际海洋工程领域重点关注的研究对象之一。湿拖和扶正是Spar平台典型的运输和安装方式,平台在此过程中的性能是平台设计和施工方案设计的重要依据,本文以Truss Spar为研究对象,对Spar平台的湿拖与扶正性能进行了数值和试验研究。对Spar平台湿拖过程中的水动力性能进行试验研究和数值计算。试验内容包括静水衰减试验,阻力试验,RAO试验和耐波性试验,研究Spar平台在湿拖过程中的固有周期和阻尼,阻力,RAO,运动响应垂荡板上典型位置处的波浪升高以及环境载荷等性能。同时,基于三维势流理论对Spar平台的湿拖水动力性能进行了频域和时域数值计算,计算结果与试验结果吻合较好。在DNV规范最大允许拖航海况Hs=5.0m情况下,首迎浪和首斜浪时Spar平台横摇。纵摇和垂荡运动响应均较小。在较低海况Hs=3.0m情况下,5种典型浪向时平台横摇。纵摇和垂荡运动响应均较小。首斜浪时垂荡板上的相对波浪升高大于其他浪向时的相对波浪升高。在横浪。首斜浪以及首迎浪时,较高垂荡板边缘的相对波浪升高最大,其他位置处的相对波浪升高相差不大。在尾随浪和尾斜浪时,较高垂荡板中部和较低垂荡板中部的相对波浪升高很接近,且大于其他位置。风和流对横摇。纵揺和垂荡运动的影响不大,对水平波浪漂移力的影响很大。研究开发Spar平台扶正试验方法,包括平台模型制作。测试技术。扶正过程模拟技术和注水装置等。实现Spar平台扶正过程的实验室模拟,研究分析Spar平台的扶正作业过程和注水扶正方法,以及在扶正过程中的水动力性能特征,获取平台运动性能参数和总纵弯矩等关键数据。根据Spar平台在扶正过程中压载情况的变化,计算得到了平台浮态和总纵弯矩随时间的变化规律,计算结果与试验结果吻合良好。。扶正过程中,Spar平台的横荡。纵荡和垂荡的最大运动幅值分别为42m。90m和34m,最大的横摇角度为42o,硬舱与桁架连接处的总纵弯矩经历了先急剧增大,随后逐渐变小直至为零的过程,最大值为780MN.m发生在软舱注满水。开始硬舱注水的时刻。本文研究成果可为进一步的Spar平台研究开发。设计制造和和工程实践提供参考,具有重要意义。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-11
第一章绪论  11-21
  1.1 引言  11-12
  1.2 立柱式平台的发展与研究现状  12-18
    1.2.1 立柱式平台的总体结构和特点  12-15
    1.2.2 立柱式平台的发展  15-16
    1.2.3 立柱式平台的研究热点  16-17
    1.2.4 Spar 平台湿拖与扶正研究进展  17-18
  1.3 本论文的研究内容  18-19
  1.4 本论文研究的意义  19-20
  1.5 创新点  20-21
第二章数值计算基本理论  21-38
  2.1 三维势流理论  21-25
    2.1.1 坐标系  21
    2.1.2 速度势问题  21-25
  2.2 浮式结构物在波浪上的运动  25-31
    2.2.1 浮式结构物在线性不规则波浪激励下的运动  25-27
      2.2.1.1 附加质量和阻尼系数  26-27
      2.2.1.2 回复力刚度  27
      2.2.1.3 线性波浪激励下的运动方程  27
    2.2.2 浮式结构物的运动方程  27-31
      2.2.2.1 时延函数  28-30
      2.2.2.2 运动方程的分解  30-31
  2.3 载荷的计算  31-37
    2.3.1 风载荷  31
    2.3.2 波浪载荷  31-36
      2.3.2.1 一阶波浪激励力  33
      2.3.2.2 简化的二阶波浪力  33-35
      2.3.2.3 波浪漂移阻尼  35-36
    2.3.3 流载荷  36-37
  2.4 本章小结  37-38
第三章 Spar 平台湿拖水动力性能模型试验  38-51
  3.1 Spar 平台模型设计  38-41
  3.2 湿拖海况  41-47
  3.3 试验内容与测试分析  47-50
    3.3.1 试验设备  47-48
    3.3.2 静水试验  48-49
    3.3.3 白噪声试验  49
    3.3.4 不规则波和风浪流试验  49-50
  3.4 本章小结  50-51
第四章 Spar 平台湿拖水动力性能的计算与分析  51-79
  4.1 数值计算模型  51
  4.2 运动性能分析  51-66
    4.2.1 运动固有周期和阻尼系数  51-53
    4.2.2 运动附加质量和势流阻尼  53-57
    4.2.3 运动RAO  57-60
    4.2.4 湿拖海况中的运动响应  60-66
  4.3 垂荡板典型位置相对波浪升高  66-73
  4.4 静水湿拖阻力  73-74
  4.5 湿拖海况中的环境载荷  74-78
  4.6 本章小结  78-79
第五章 Spar 平台扶正过程的试验研究和计算  79-94
  5.1 扶正试验模型的设计  79-82
  5.2 扶正试验方法  82-84
  5.3 扶正过程计算分析  84-93
    5.3.1 Spar 平台的运动  84-91
    5.3.2 硬舱与桁架之间的纵向弯矩  91-93
  5.4 本章小结  93-94
第六章总结与展望  94-96
  6.1 主要研究工作总结和结论  94-95
  6.2 进一步研究工作展望  95-96
参考文献  96-99
攻读硕士学位期间发表或录用的论文  99-100
攻读硕士学位期间申请的专利  100-101
致谢  101-103

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