深水系泊系统静力特性快速计算方法研
基于静特性分析的浅海新型FPSO多点系泊系统设计
基于静特性分析的浅海新型FPSO多点系泊系统设计随着海洋油气开采活动的不断发展，浅海FPSO（FloatingProduction Storage and Offloading）系统已经成为一种广泛应用的浮式生产装置。
为了提高FPSO的稳定性和安全性，多点系泊系统被广泛采用。
在设计多点系泊系统时，需要考虑FPSO结构的静特性，以确保系统的稳定性和可靠性。
在进行多点系泊系统设计时，首先需要进行FPSO结构的静特性分析。
这包括FPSO的结构设计、系泊系统的布局和重力平衡等方面。
通过静特性分析，可以评估FPSO结构在外部环境作用下的受力情况，确定最优的系泊系统布局和设计参数。
设计多点系泊系统时，需要考虑FPSO在不同环境条件下的稳定性。
这包括考虑FPSO的自由漂浮、风力、波浪等外部载荷对FPSO结构的影响。
针对不同的环境条件，需要设计适合的系泊系统来保证FPSO的稳定性和安全性。
此外，还需要考虑FPSO的结构强度和刚度，以确保系统在极端情况下的抗风、抗浪能力。
在多点系泊系统设计中，还需要考虑到FPSO的运载能力和生产效率。
根据FPSO的生产需求和载荷特性，设计相应的多点系泊系统布局和参数。
通过合理设计多点系泊系统，可以提高FPSO的生产效率和安全性，降低生产成本和风险。
综上所述，基于静特性分析的浅海新型FPSO多点系泊系统设计是一项复杂而重要的工作。
通过充分考虑FPSO结构的受力情况、环境条件和生产需求，设计合理的多点系泊系统可以提高FPSO的稳定性、安全性和生产效率。
在未来的海洋油气开采活动中，这种设计方法将发挥重要作用，推动浮式生产装置技术的发展。
系泊系统设计简介
四、其他
常用规范：
1. API RP 2SK-Design and Analysis of Stationkeeping Systems for Floating Structures 2. API RP 2SM-Recommended Practice for Design, Manufacture, Installation, and Maintenance of Synthetic Fiber Ropes for offshore Mooring 3. DNV Offshore Standard E301-Position Mooring 4. ABS Guide For Building and Classing Floating Production Installation 5. NI493-Classification of Mooring Systems for Permanent Offshore Units 6. GLND 0032-Guidelines for Moorings
根据求解范围的不同，可分为耦合分析与非耦合分析。
三、系泊系统分析方法
静力法，准静（动）力法，动力法
所谓静力是指不随时间变化的力，反映在系泊系统上，是指环境载荷 中的定常部分。 系泊系统的动力包括两方面来源： 1. 上浮体，包括水动力，波动风等 浮体振荡运动及水平漂移
2. 系泊系统，包括缆绳上的附加质量与阻尼，缆绳与海底的碰撞与摩 擦，系泊系统上配重与浮筒振荡运动 学与动力学状态，对上浮体也会造成影响。 改变系泊系统的运动
三、系泊系统分析方法
静力法，准静力法，动力法
静力法：计算浮体所受的平均载荷，根据悬链线方程或系泊系统受力-位移曲线将载 荷在系泊系统间进行分配。 准静力法：考虑上部浮体的定常和慢漂运动，忽略系泊系统本身的动态效应，忽略 浮体波频运动队系泊系统影响，根据悬链线方程或系泊系统受力-位移曲线将载荷在 系泊系统间进行分配。
深海平台复合单系泊缆形状和张力分析
深海平台复合单系泊缆形状和张力分析高文军;张火明;王强;蒋娟;赵洲【摘要】以一工作水深为310m的转塔式浮式生产存储系统为例研究了复合单系泊缆索静力特性的计算方法,用C++编写了基于悬链线方程式的深海平台系泊缆形状和张力的分析计算程序,计算并分析了复合单缆在无浮筒重物、只有浮筒、只有重物、既有浮筒又有重物四种情况下的形状和张力,为动力计算提供条件.本方法简单直观,并且完成一次计算所耗时间不到1 s,特别适合于需要多次迭代计算复杂系泊系统静力特性的等效水深截断系统优化设计.【期刊名称】《船海工程》【年(卷),期】2012(041)002【总页数】5页(P161-165)【关键词】海洋平台;系泊系统;静力特性;系泊形状;系泊张力【作者】高文军;张火明;王强;蒋娟;赵洲【作者单位】中国计量学院计量测试工程学院,杭州310018;中国计量学院计量测试工程学院,杭州310018;中国计量学院计量测试工程学院,杭州310018;中国计量学院计量测试工程学院,杭州310018;中国计量学院计量测试工程学院,杭州310018【正文语种】中文【中图分类】U675.92浮式生产存储系统(FPSO)不仅能满足浅海作业要求，同时也适合在深海海域生产。
工作在浅水的海洋平台一般采用全锚链的系泊缆形式，如果在深海海域也采用锚链，系泊缆不仅提供的水平恢复力有限，而且缆绳自重的增加将大量消耗浮式平台的可变载荷，因此在深水中主要采用多成分的系泊缆，即靠近海底和接近浮式海洋平台的部分使用锚链，中间的部分采用其他材质的缆索。
最常用的是“锚链-钢缆-锚链”的组成形式。
随着油气开采进入超水深和新材料在海洋工程中的使用，现在开始采用“锚链-合成纤维绳-锚链”的组成形式，这样既可以减轻自身的重量，又能提供足够的水平恢复力[1]。
目前基于系泊系统静力分析的应用程序很多，这些程序能求解锚泊系统的受力和变形，其计算过程一般需采用多次迭代的方法，最终找到锚链顶端受力与锚链顶端的位置，一般比较耗时[2]。
浮标系泊系统静力计算
浮标系泊系统静力计算
潘斌;高捷
【期刊名称】《重庆交通学院学报》
【年(卷),期】1997(016)001
【摘要】作者提出用单腿浮标系泊系统在外力作用下其系泊系统的静力计算方法，对松弛的与张紧的两种系泊状态均适用，并附有计算程序框图和实例。
【总页数】6页(P68-73)
【作者】潘斌;高捷
【作者单位】上海交通大学;上海交通大学
【正文语种】中文
【中图分类】U653.2
【相关文献】
1.深水作业浮标系泊系统研究与设计 [J], 王小波;韩端锋;刘峰;韩海辉
2.深海资料浮标体及系泊系统的阻力试验研究 [J], 张子俊;张祖枢
3.简单单锚系泊系统浮标游动区域探讨 [J], 何静
4.简单单锚系泊系统浮标游动区域探讨 [J], 何静;
5.小浮标大产业——“中国浮标之乡”授牌暨“临湘浮标”地理标志证明商标新闻发布会侧记 [J], 云文
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深水Truss Spar水动力计算方法研究
其 特征 尺寸 远小 于波 长 ， 波 浪 绕 射 和辐 射 效 应 被 忽略 。对 于这类 结构来 说 ， 粘性 就显 得非 常重 要 。 Ｍ ｏ ｒ ｉ ｓ ｏ ｎ方 程 本 来 是用 于计 算 固定 圆柱 体 的波 浪
力， 因此 当波浪 作用 在浮 式平 台上 时 ， 则 需要 用到 修改 的 Ｍｏ ｒ ｉ ｓ ｏ ｎ方程 ：
在 浮式平 台主 体结 构 中 ， 特 征 尺 寸 较 大 的部 分， 其水 动力 分 析 采 用 绕射 和辐 射 理 论 。特 征 尺
寸 较 大 的 部 分例 如 Ｔ ｒ ｕ ｓ ｓ Ｓ ｐ ａ ｒ 平 台 的桁 架 单 元 ，
式 中： 胛、 “ ： —— 垂 荡 板 的 特 征 长 度 和 竖 向相 对
Ｍｏ ｒ ｉ ｓ ｏ ｎ公 式 １ 如下 。
的运 动 性能进 行评 估 ， 为平 台前 期设计 提 供参 考 。
１ 小 构件 和板 的 波浪 力
１ ． １ ｏ ｒ ｉ ｓ ｏ ｎ公式
Ｆ Ｈ ｐ ＝ｃ 。 ｐ 三 五 ： ＋ ＿ 三 ＿ Ｌ ｃ ｄ
速度。
Ｊ Ｊ （ ２ ）
行波浪载荷及运动响应计算 。波浪载荷计算 中 Ｔ ｒ ｕ ｓ ｓ Ｓ ｐ ａ ｒ 主体 和软舱采 用 ３ Ｄ势流理论 计算 ， 而垂荡板 、 桁架 和立管系统采用线性化 的 Ｍｏ ｒ ｉ ｓ ｏ ｎ 公式 计算 ， 同时求解 中考虑 系泊 系统 的影 响。计 算结果 表 明， Ｓ ｐ ａ ｒ 平 台波
第４ ２卷
第 １期
船 海 工 程
ＳＨＩ Ｐ ＆ ＯＣＥＡＮ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ
Ｖｏ １ ． ４２ Ｎｏ． １
２ ０ １ ３年 Ｏ ２月
深海平台论文：深海系泊浮体的耦合分析及锚系的动力特性研究
深海平台论文：深海系泊浮体的耦合分析及锚系的动力特性研究【中文摘要】深海平台是勘探开发深海油气资源的重要装备,这些平台通常由系泊系统长期系泊于恶劣的海洋环境中,遭受风、浪、流等外界载荷的联合作用。
因此,准确的确定系泊缆索的载荷响应及平台在环境载荷及系泊缆索联合作用下的运动响应,对于保证平台的正常作业与维持其自身安全具有十分重要的意义。
对于深海平台,系缆的惯性力和阻尼对平台的运动响应有着显著的影响。
因此,平台及其系泊系统的分析必须采用动力耦合方法开展。
对于浮体与系泊系统的耦合分析,目前主要采用的分析方法是时域分析方法和频域分析方法。
本文对深水浮体及其系泊系统的动态耦合问题进行深入研究。
采用基于三维频域GREEN函数及傅里叶变换的间接时域法计算浮体的水动力特性,采用非线性有限元法对系缆进行模拟。
通过完全时域耦合分析方法求解系泊浮体的时域控制方程,得到系泊浮体的运动响应和系缆的张力变化。
针对一单点张紧系泊的FPSO进行数值计算,将计算得到的浮体运动时历、系泊缆索上端点张力时历及相应统计结果与模型试验结果进行了对比,发现理论计算结果与模型试验结果符合良好,从而证明了该数值方法在计算深海系泊浮体动态响应时的可靠性。
相对于时域分析方法,频域法具有计算量小,且能够阐述系泊系统的运动机理的优点。
但是以往的频域法通常只适用于弱非线性的情况,基于频域法的研究也主要围绕悬链式系泊系统进行。
本文采用频域摄动法,同时考虑振荡过程中因锚泊线平衡位置的改变而引起的静态分量的改变,将锚泊线的非线性运动方程展开至二阶。
针对一具有大伸长特性的张紧式系缆在上端水平激励下的张力响应进行研究,考察了频域摄动法在张紧系缆动力计算中的适用性,分析了张紧式系缆动态响应的物理机制,为今后将频域法应用到深海张紧式系泊系统的动力计算中提供重要的理论参考。
【英文摘要】Deep-sea platforms are important equipments for the exploration and development of deep-sea oil and gas resources. These platforms are usually moored in the harsh marine environment by mooring system, subjected to the combined effects of wind, wave and current and other external loads. Therefore, to ensure the platforms’safety under operating condition and survival conditon, it will be of great significant to determine the tension of the mooring lines and the motion response of the platform under the combined effects of the environmental loads and the mooring force.For Deep-sea platforms, the inertia and damping of the cables have a significant impact to the motion response of the platform. Therefore, the analysis of the platform and its mooring system must be carried out by coupled dynamic method. Currently, the main methods for the coupled of the platform and mooring system are time domain method and frequency domain method.In this paper, the coupled dynamic analysis of the deep-sea platformand its mooring system is investigated. 3D Green’s function and fourier transform are adopted to calculate the hydrodynamic characteristics of the floating structure. The mooring lines are simulated using non-linear finite element method. By solving the equations of motion of the entire floating system by employing full time domain coupled analysis method, the vessel’s motion response and mooring lines’tension are obtained. The numerical simulation is carried out for a deepwater turret-moored FPSO. The time history of FPSO’s motions and mooring line tensions and statistic results are compared to the results of the corresponding model test. The comparisons show that the theoretical results are in good agreement with the test results. It proves the reliability of the numerical method in the calculation of the dynamic response of the deep-sea moored floating pared with the time domain method, the frequency domain method needs less calculation, and can explain the mechanism of the mooring system. However, frequency domain method is normally only used in the weakly nonlinear case, and the studies based on the frequency method are mainly about the catenary mooring system. In this paper, taking the change of the static component of the mooring line tension due to the change of the equilibriumposition during the oscillation into account, frequency domain perturbation method is adopted to expand the mooring line’s nonlinear equation into the second order. The dynamic responseof a taut mooring line which has a high elongation characteristic and suffers horizontal excitation on the top endis studied. The validity of the frequency domain method for the dynamic analysis of taut mooring lines is checked and the physical mechanism of taut mooring line is analysed. All of these can provide us some theoretical reference for the dynamic analysis of deep-sea taut mooring lines by using frequency method.【关键词】深海平台系泊系统间接时域法有限元法耦合频域摄动法【英文关键词】deep-sea platform mooring system indirect time domain method finite element method coupling frequency domain perturbation method 【目录】深海系泊浮体的耦合分析及锚系的动力特性研究摘要6-7ABSTRACT7-8第一章绪论11-24 1.1 本文研究工作的背景、目的与意义11-12 1.2 深海平台主要形式简介12-14 1.2.1 浮式生产储运装置（FPSO）12-13 1.2.2 半潜式平台（SEMI）13 1.2.3 张力腿式平台（TLP）13-14 1.2.4 深水浮筒式平台（Spar）14 1.3 深海系泊系统简介14-15 1.4 浮体水动力性能研究概况15-18 1.4.1 细长体理论15-17 1.4.2 三维频域势流理论17 1.4.3 三维时域势流理论17-18 1.5 系泊缆索动力性能研究概况18-21 1.5.1 频域摄动法19 1.5.2 多刚体法19-20 1.5.3 集中质量法20 1.5.4 有限元法20-21 1.6 系泊系统耦合分析方法研究概况21-23 1.7 本文的主要工作23-24第二章无航速浮体水动力分析的间接时域法24-37 2.1 引言24 2.2 浮体水动力计算的数学模型24-27 2.2.1 流场和坐标系的定义24-25 2.2.2 速度势的分解、控制方程及定解条件25-27 2.3 频域运动方程及其数值计算27-31 2.3.1 频域辐射问题和绕射问题27-28 2.3.2 浮体频域运动方程28-29 2.3.3 GREEN 函数法29-31 2.3.4 辐射势和绕射势的数值计算31 2.4 浮体水动力间接时域计算方法31-34 2.4.1 附加质量和时延函数的计算32-33 2.4.2 时域波浪力的计算33-34 2.4.3 浮体在波浪上的时域运动方程34 2.5 浮体水动力计算程序的验证34-36 2.6 本章小结36-37第三章系泊缆索非线性有限元分析及数值计算37-51 3.1 引言37 3.2 系泊缆索计算的数学模型37-43 3.2.1 坐标系的定义37-38 3.2.2 细长杆件模型38-41 3.2.3 大伸长系缆模型41-42 3.2.4 边界条件42-43 3.3 系泊缆索数值计算方法43-49 3.3.1 缆索控制方程的离散43-46 3.3.2 边界条件的离散46 3.3.3 单元连接处的位移与力的条件46 3.3.4 静态问题的求解46-47 3.3.5 动态问题的求解47-49 3.4 系泊缆索动力计算程序的验证49-50 3.5 本章小结50-51第四章浮式结构物及其系泊系统的耦合计算51-71 4.1 引言51 4.2 浮式结构物与系泊缆索的连接51-52 4.3 系泊系统时域耦合模型52-55 4.3.1 静力耦合问题53-54 4.3.2 动力耦合问题54-55 4.4 模型试验与数值算例55-70 4.4.1 FPSO 主要参数55-56 4.4.2 系泊缆索主要参数56-57 4.4.3 环境参数57-58 4.4.4 结果比较58-70 4.5 本章小结70-71第五章系泊缆索的频域计算方法研究71-89 5.1 引言71 5.2 系泊缆索的运动微分方程71-73 5.3 运动微分方程的摄动展开73-75 5.4 各阶摄动方程组的求解75-83 5.4.1 一阶摄动方程组75-76 5.4.2 二阶摄动方程组76-78 5.4.3 边界条件78-79 5.4.4 运动方程的求解79-82 5.4.5 时域结果的求解82-83 5.5 算例分析83-88 5.6 本章小结88-89第六章总结与展望89-90 6.1 全文总结89 6.2 研究展望89-90参考文献90-95攻读硕士学位期间发表学术论文情况95-96致谢96【备注】索购全文在线加好友QQ：139938848同时提供论文写作一对一指导和论文发表委托服务。
FDPSO单点系泊定位水动力性能的数值计算和模型试验研究
FDPSO单点系泊定位水动力性能的数值计算和模型试验研究魏跃峰;杨建民;陈刚;胡志强【摘要】南海海域海洋环境条件十分恶劣，FDPSO采用何种定位方式保证其正常作业是一个值得探讨的课题。
文章采用数值计算和模型试验的方法，对单点系泊FDPSO水动力性能开展研究。
数值计算包括频域水动力性能计算和时域船体/锚链耦合数值分析。
频域水动力性能计算得到FDPSO船体水动力系数、波浪力和运动幅值响应算子。
时域耦合数值分析计算了单点系泊FDPSO在南海海域一年一遇海况和百年一遇海况下的运动特性。
模型试验在上海交通大学海洋工程深水池中进行，包括静水衰减试验、白噪声试验和不规则波试验。
数值计算结果和模型试验结果比较，验证了数值计算方法的可靠性，并研究了单点系泊FDPSO在南海海域作业海况和极限海况的水动力特性。
%Because the environment condition of the South China Sea is very severe, the position system of FDPSO is a topic worthy of study. In this paper, numerical method and model test are adopted to investi-gate the hydrodynamic performance of FDPSO with single point mooring system. Frequency domain method and time domain coupled analysis are involved in the numerical calculation. The hydrodynamic coefficients, wave exciting force and response amplitude operator are obtained from the frequency domain analysis. The motion character of FDPSO in one-year and a hundred year return period sea states of the South China Sea are acquired by time domain coupled method. The model tests are carried out in the Deepwater Offshore Basinin Shanghai Jiao Tong University, which are composed of free decay tests, white noise tests and irreg-ular wave tests. The numerical results arecompared with the test results to verify the numerical model. The hydrodynamic performance of FDPSO with single point mooring system in operating condition and extreme condition of the South China Sea are studied.【期刊名称】《船舶力学》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】11页(P395-405)【关键词】FDPSO;单点系泊;水动力性能;数值计算;模型试验【作者】魏跃峰;杨建民;陈刚;胡志强【作者单位】上海交通大学海洋工程国家重点实验室，上海 200240;上海交通大学海洋工程国家重点实验室，上海 200240;上海交通大学海洋工程国家重点实验室，上海 200240;上海交通大学海洋工程国家重点实验室，上海 200240【正文语种】中文【中图分类】P751海上油气开发不断向深海拓展，涌现出很多新的平台形式。
系泊系统的时域仿真及其非线性动力学特性分析
2、时域非线性计算分析的常用 方法
在时域非线性计算分析中，常用的方法包括有限元法、有限差分法、边界元法 和时域有限差分法等。对于系泊系统的分析，有限元法和时域有限差分法较为 常用。
有限元法是一种将连续体离散化为若干个离散单元的分析方法，通过单元的组 合模拟整个系统的行为。该方法在系泊系统的动态特性分析中具有广泛应用， 如船舶与海洋平台耦合振动的数值模拟等。
在时域仿真过程中，还需要注意非线性动力学的相关技术。非线性动力学是研 究复杂系统行为的重要工具，其中常用的技术包括混沌理论、分岔分析、幂律 模型等。在系泊系统的时域仿真中，非线性动力学的相关技术可以用于分析系 泊系统的复杂行为和失稳现象，为系泊系统的设计和优化提供依据。
系泊系统特性分析
系泊系统的特性包括静态特性、动态特性和非线性特性等。其中，静态特性是 指系泊系统在静力条件下的特性，如系泊缆索的张力、系统的平衡位置等；动 态特性是指系泊系统在动力条件下的特性，如振动频率、阻尼比等；非线性特 性是指系泊系统在受力条件改变时的特性，如混沌现象、分岔行为等。
应用举例
以某深海浮式结构物系泊系统为例，非线性时域分析方法可以应用于以下方面：
1、运动响应分析：通过时域分析方法，可以获得浮式结构物和系泊系统的运 动响应，包括位移、速度和加速度等指标，为结构设计提供依据。
2、碰撞检测与缓解：非线性分析方法可以应用于碰撞检测和缓解方面。通过 对浮式结构物和系泊系统之系统的损害。
总之，时域非线性计算分析对于系泊系统的动态特性研究具有重要的应用价值 和前景。未来研究方向可以包括以下几个方面：1）研究更加高效和精确的数 值计算方法；2）考虑多物理场耦合对系泊系统的影响；3）研究新型材料和结 构在系泊系统中的应用；4）加强系泊系统的监测和故障诊断技术的研究。通 过对这些方向的研究，可以进一步提高系泊系统的安全性和可靠性，为海洋工 程领域的发展做出更大的贡献。