自升式钻井平台就位过程桩腿触底分析

研究自升式钻井平台在就位状态桩腿下放过程中的动力响应特性,针对桩腿下放平台漂浮状态,研究波浪载荷作用引起的平台动力响应。以某自升式平台为例,采用三维势流理论和Morison公式,运用SESAM软件,建立了精细的几何模型、面元模型以及Morison模型,在频域内计算了结构的波浪载荷和运动响应的传递函数,并对平台运动响应进行了短期统计预报,确定了平台可能发生触底的桩腿下放高度及海洋环境参数。     

基于面元法的半潜式平台在波浪中的运动响应与波浪漂移力计算

波浪载荷对半潜式平台的运动响应起决定性的作用，并直接影响平台的总强度。基于面元法对不同浪向角下的半潜式平台的波浪漂移力进行了数值计算，通过RAO曲线和RMS值分析了半潜式平台在波浪中的运动响应，考察面元法在计算半潜平台运动响应与波浪漂移力上的适用性。结果表明，面元法能够获得合理的数值预报结果；半潜平台的运动响应在不同波浪条件下有显著区别，纵荡和横荡响应在短波中较为剧烈，在长波中较为平缓，垂荡运动的峰值大于纵荡和横荡运动响应峰值；波浪漂移力/力矩在不同波浪条件下的差异也是显著的。该结论对半潜平台在波浪中的运动响应与波浪漂移力的研究有一定的参考价值。     

极限波浪作用下半潜式平台水动力特性

针对在极限波浪作用下的半潜式海洋平台的水动力特性,采用基于边界元法的AQWA水动力学软件对其进行数值模拟研究。建立某半潜式海洋钻井平台的三维水动力频域分析模型,通过数值计算得到平台的附加质量、辐射阻尼和运动响应;通过Cumins法将频域计算结果转换引入时域分析模块,建立平台的三维水动力时域分析模型,计算平台在工作和自存工况下的时域水动力响应,并将低频响应与波频响应进行对比,同时计算与校核在两种工况下的系泊绳系泊力,并由此优化设计确定平台的系泊系统;采用确定性设计波法确定在不同工况下的设计波,通过接口命令流将波浪载荷映射在平台整体结构上,由此可以得到平台在不同工况下的波浪载荷;给出半潜式海洋平台水动力计算及分析的系统性方法及实例,对半潜式海洋平台初步方案设计具有一定的参考价值。     

浅海桩腿自升式钻井平台地震响应分析

从自升式平台的结构特点及其在海上作业时受到海洋动力荷栽作用的特点出发，分析了自升式平台结构动力分析体系和动力方程．对插桩自升式平台进行自振特性分析及其与波浪发生共振可能性分析，并重点研究了地震作用下自升式平台动力响应．用地震响应谱进行分析。     

自升式平台举升状态运动响应试验研究

对自升式平台处于举升状态桩腿下放和提升过程时的运动响应进行了物理模型试验研究.针对目标海域实际海况分别研究了不同有效波高和波浪入射角度对平台运动响应的影响,所得结果可为自升式平台设计提供依据.     

分体式平台对接过程中牵引索动态响应分析

采用分体式平台模式,对现有作业水深(50 m)较浅的圆柱形桩腿自升式平台进行升级改造,即在其底部增加一套沉垫式刚性支撑结构,利用对接装置将上分体平台桩腿和下分体支撑桩腿对接,使上、下分体结合成一座沉垫型自升式平台。基于三维时域线性势流理论和Morison理论研究不同环境条件、不同压载模式下平台上分体对接过程中的平衡位置和位移响应,通过时域分析研究牵引索应力分布和位移响应情况;并通过实验室物理模型实验分析不同对接位置牵引索的动态响应。当环境载荷作用力从平台艏部入射时,纵荡对牵引索的位移响应影响最大。随着水深的增加,牵引索的轴向拉力值逐渐减小,竖向偏离角度逐渐减小。分体漂浮状态下牵引索受平台质量影响较大,下分体拖缆受力远小于上分体;一端分体固定时,牵引索牵引力下降明显。牵引索受力震摇幅值受波浪周期和波高影响显著,总的趋势是随着波浪周期和波高的增大而增大。     

深水自升式平台动力响应分析研究

深水自升式平台在波浪和海流等动态环境载荷作用下易发生振动响应。鉴于此,对自升式平台动力响应分析方法进行探讨,得到如下结论:弹性地基刚度系数EFS对平台桩腿动态应力影响不敏感,但对动态位移影响较大;平台桩腿动态应力和位移随波高的增加而增大,随周期增大而减小;节距L_h对平台应力和位移影响较小;弦杆间距L_R的增加可减小结构的动态应力和位移;波浪周期与平台自振周期相差越小,动力放大系数(DAF)计算结果与位移比法和应力比法相比差异越大,计算越保守,而低频波作用下,三者计算结果基本一致;单自由度方法无法反映环境载荷方向的影响,不同环境载荷方向下,由位移比法与应力比法计算得的DAF有一定差异,特别是平台刚度不均衡时,不可忽略环境载荷方向的影响;节距对平台DAF影响相对较小,而弦杆间距对平台DAF影响较大。所得结论可为深水自升式平台的设计与动力响应控制提供指导。     

基于非线性耦合法的张力腿平台动力特性分析

以南海为目标海域,应用SESAM软件对TLP平台进行了时域非线性耦合分析,验证了平台在环境载荷作用下的运动性能.计算了二阶波浪力的传递函数,结合耦合分析法,评估了二阶波浪力对平台船体、张力腿、立管的影响.比较了完整的二阶传递法和Newman近似法的计算结果.结果证明,Newman近似法在计算深水平台低频慢漂响应时有较高的准确性.     

基于随机波浪谱对深水区自升式平台动力响应分析

用MSC/PATRAN建立一工作水深为122 m的JU2 000E型自升式平台三维模型。通过对模型进行模态分析,得到平台模态质量和模态刚度矩阵,然后采用波浪谱分析方法,研究平台在随机波浪力作用下的动力响应,以图为平台正常作业和维护提供参考。     

腐蚀损伤下海洋平台动力响应研究

基于线性莫里森方程和随机波浪理论,建立了随机波浪载荷计算方法,以此分析极端海况下极值波浪力的统计特性。以墨西哥湾某海域一导管架海洋平台为算例,建立有限元腐蚀模型,分别计算平台在极值随机波浪载荷作用下的动力响应。将无腐蚀和腐蚀两种状态下的动力响应对比分析,计算结果显示,腐蚀损伤对动力响应的影响较明显,相同载荷作用下动力响应随腐蚀厚度呈线性变化。     

桁架式Spar平台气隙响应研究

气隙是深海Spar平台结构设计所需考虑的关键问题之一。Spar平台是浮式平台,在海洋环境荷载的作用下会发生运动,平台结构和波浪还会相互产生影响,因此在计算气隙时须考虑平台运动和波浪运动的耦合作用。利用数值计算方法对桁架式Spar平台气隙响应的影响因素进行了研究。平台垂荡值是影响气隙响应的主要因素;波浪运动对气隙的影响很大,而平台运动对气隙的影响较小。     

规则波与不规则波作用下刚架式网箱水动力性能

为深入了解海水养殖，研究网箱在不同波浪作用下的受力运动特性，基于Morison方程，采用海洋工程水动力软件OrcaFlex建立波浪作用下网箱的运动响应数学模型，对其进行水动力性能分析。针对刚架式网箱的实际尺寸参数，在波高H=1.3 m和周期(T=6、7、8 s)条件下，对浮架与网衣连接点的有效张力、网箱容积剩余率和锚绳力进行数值计算。结果表明：在规则波作用下网箱的浮架与网衣连接点受力和锚绳力相对较小；在不规则波作用下变形更严重，剩余容积率较小；在规则波和不规则波作用下，波浪周期的增加将减小浮架与网衣连接点的张力和锚绳力。     

导管架平台上部组块双船拆除

为研究复杂海域环境中海洋平台双船拆除方法的安全性与可操作性,采用水动力数值计算与水池模型试验相结合的方法进行研究。将双船水动力耦合计算与水池模型试验进行对比,在相对理想海况下,结合与实际工况接近的规则波作用,进行驳船水动力性能变化与运动响应的幅值分析。在受力分析方面,对甲板耦合装置进行改良设计,对比试验数据与数值计算数据,得到受力在合理范围内的结论。研究内容为实际施工的合理性提出一定的指导性意见。     

浮式钻井平台升沉运动分析

浮式钻井平台（船）在海上处于漂浮状态时,由于风浪的作用会产生升沉、摇摆、漂移等运动。重点分析了浮式钻井平台（船）的升沉运动特性并建立了运动数学模型,阐述了其对钻井船的影响,找出了钻井船升沉与波高、波浪周期的关系,并通过深水工程勘察船的工程实例对上述理论进行了验证,为浮式平台配套升沉补偿装置的设计提供依据。     

基于可燃冰开发的深吃水半潜式平台水动力性能分析

以应用于1 500 m作业水深的深吃水半潜式平台为研究对象,通过水池模型试验对水动力性能进行深入研究,并且与某典型浅吃水半潜式平台进行对比。结果表明,深吃水半潜式平台纵摇、横摇和垂荡固有周期显著短于传统浅吃水平台,在波频范围内前者运动响应大幅减小,在作业海况下最大摇摆运动为1.54°、最大水平运动为13.12 m,具有良好的运动性能,能够满足深海可燃冰开发的工程需求。     

新型FPSO IQFP的水动力性能研究

为了进一步论证新型FPSO IQFP的水动力性能,根据一个优化的IQFP工程设计实例,应用三维势流理论的源汇分布法,建立水动力计算模型,进行IQFP浮体的频域波浪力和运动响应的数值计算分析,并与相近吨位的船型FPSO进行比较。研究结果表明,IQFP的横荡、横摇和垂荡固有周期与百年一遇谱峰周期相差3 s以上,有效地避开了波浪能量集中的频域范围,避免了结构与海浪集中的频率发生共振,因此IQFP可以与作业海域极端环境条件相适应;由于长宽尺寸相同且平面轴对称,所以IQFP不仅能有效降低建造难度和成本,而且只需用横摇/纵摇、垂荡和横荡/纵荡3个自由度来描述其运动响应,大大降低了计算分析的难度。     

6 MW新型浅水浮式风力机概念设计和运动响应分析

为使浮式风力机向浅海水域拓展,结合Spar与Semi平台的特点,提出适用于南海浅水水域的新概念浮式风力机平台。运用NREL_FAST软件建立浮式风力机系统气动-水动-锚链-弹性-伺服耦合的非线性动力学分析模型,采用叶素-动量理论计算气动载荷,采用势流理论和莫里森黏性阻尼修正方法计算水动力载荷,采用三维有限元法计算锚链系统载荷,在风、浪、流环境载荷作用下研究不同风浪夹角下新概念浮式风力机运动响应性能。结果表明：6 MW新概念浮式风力机在南海50 m水深水域中支撑6 MW风力机运动响应良好;浪向角改变对纵荡运动影响较大,对纵摇、艏摇和垂荡运动运动有一定影响。新概念浮式风力机在南海50 m设计海域运动性能良好。     

非线性静水恢复力影响下的海上漂浮式Spar型风机水动力特性

研究非线性静水恢复力对海上漂浮式Spar型风机的水动力特性的影响。通过解析法推导非线性静水恢复刚度系数,并使用AQWA中的非线性模型验证当前推导的解析解的准确性。考虑非线性静水恢复刚度系数,采用编程程序对Spar型浮式风机进行时域分析,将结果与线性静水恢复力作用下的运动响应进行对比,并分析Spar型浮式风机的水动力特性以及静水非线性带来的影响。结果表明：流体静力非线性对浮式风机垂荡响应有显著影响,且这种影响随浮式风机旋转运动增大而增大;在极限海况下,由静水非线性引起的垂荡、横摇和纵摇响应差异为16%~40%,显示非线性静水力在运动响应中应予以重视。     

极端海况下浮式防波堤的水动力性能分析

基于三维势流理论,以消波性能形式较好的双圆筒浮式防波堤为研究对象,通过有限元软件Workbench建立不规则波作用下浮式防波堤的湿表面模型,利用水动力分析软件AQWA对浮式防波堤进行频域水动力性能分析和时域全耦合分析,重点研究浮式防波堤在极端海况下的响应幅值算子、运动响应和系泊缆张力,为相关实际工程提供参考。