深吃水多立柱式平台的运动响应分析

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深水桩基导管架平台随机波浪动力响应分析

深水桩基导管架平台随机波浪动力响应分析
1 . 基导 管架平 台动 力分 析体 系 2桩 桩 基 导管架 平 台通 常 在泥面 处把 结构 分成 两个 子系 统 ,在泥 面 以 的予结构 考 虑周 围水 的影响 , 在泥面 以下 的予 结构考 虑 土壤 的耦合 作用 。对 导管 架泥 面 以上子 结构其 运动 方程 可表 示如 _ F:
为结 构 前点 加速 度矢 ,

F =F
为结 构节 点速 度 欠 壁,
为 土动 力 欠最 , B为了结 构之
丽 力矢量 。
() 3
() 4
2 基 础 模 型 以及 结构 模 型
2 1 基模 拟 .桩 桩基 导管 架平 台桩基 与土壤 之 间的相 互作 用简化 为 4类 非线性 弹簧 ,分别 为:水 平弹簧 ,用来 模 拟土 壤对 桩 的水平 载荷 作用 ;竖直弹 簧 ,用来 模 拟土壤 对桩 的表面摩 擦载 荷 作用 ;扭转 弹簧 ,用 来模 拟土 壤对 桩 的表面摩 擦载荷 引起 的扭转 作 用 ;桩 端弹簧 ,用 来模拟 土壤 对桩 的承 载作 用 。在波浪动 载
3 随机 波 浪动 力 响应 分 析
31 机波 浪理 论 .随
波 浪载 荷 是一种 随机载 荷 ,多年来研 究海 浪 的学者 形成 了很多种 描述 海 浪的模 型 ,其 中最具有 代
自振周 期变 大 ,其 自振频 率可 能 同能量较 大 的波浪载 荷 频率接 近 ,即 使不发 生共 振 ,也有 可能 使结构 产生较 大 的动力 响应 。A I P 规范 中规定 当设 计海况 在接 近平 台 自振频 率 的范 围包含 有显 著 的波 能 时, 必 须对基 于 静力 分析 而设 汁的结 构作进 一步 的动 力 分析 。
l 桩 基 导 管 架 平 台动 力 分析 体 系和 运 动 方 程

深海立柱式平台概念设计及水动力性能研究

深海立柱式平台概念设计及水动力性能研究

深海立柱式平台概念设计及水动力性能研究一、本文概述随着海洋资源的日益开发和利用,深海立柱式平台作为一种重要的海洋工程结构,在海洋能源、海洋科研、深海矿产开发等领域发挥着越来越重要的作用。

本文旨在对深海立柱式平台的概念设计进行深入探讨,并重点研究其水动力性能,以期为该类型平台的设计、建造和应用提供理论支持和技术指导。

本文将首先介绍深海立柱式平台的基本概念、发展历程和应用领域,阐述其研究的重要性和紧迫性。

随后,将详细介绍深海立柱式平台的概念设计,包括平台结构、功能布局、材料选择等方面的内容,并分析不同设计方案的优缺点。

在此基础上,本文将重点研究深海立柱式平台的水动力性能,通过建立数学模型和物理模型,对平台在海洋环境中的受力、运动特性、稳定性等进行系统分析,以揭示其水动力特性及影响因素。

通过本文的研究,期望能够为深海立柱式平台的设计、建造和应用提供更为全面、深入的理论支持和技术指导,推动深海立柱式平台技术的不断发展和完善,为我国的海洋资源开发和利用做出积极贡献。

二、深海立柱式平台概念设计深海立柱式平台(Deep-sea Spar Platform)是一种用于深海资源开发的重要结构,其设计理念源于传统的海上石油钻井平台,但在结构形式和功能应用上进行了诸多创新。

立柱式平台主要由一个或多个垂直立柱、浮体、甲板和工作模块等部分组成,通过先进的锚泊系统固定在深海环境中,为深海资源开采、科研观测、海底作业等提供稳定、安全的工作平台。

在设计立柱式平台时,首要考虑的是其结构强度与稳定性。

立柱作为平台的主体支撑结构,需采用高强度、高耐腐蚀性的材料,如钛合金或特种钢材,以承受深海巨大的水压和极端海洋环境。

同时,立柱的截面形状和尺寸设计需经过严格的计算和优化,以确保其在各种工况下的稳定性和安全性。

浮体是立柱式平台的重要组成部分,它负责提供平台的浮力,并通过与立柱的连接,将平台的主体结构稳定在预定深度。

浮体的设计需综合考虑浮力、稳定性、耐腐蚀性等因素,同时,还需考虑浮体与立柱之间的连接方式,以确保二者在深海环境中的紧密配合和协同工作。

海洋平台的动态响应评估

海洋平台的动态响应评估

海洋平台的动态响应评估在海洋工程领域,海洋平台作为开发海洋资源的重要基础设施,其安全性和可靠性至关重要。

而对海洋平台的动态响应进行评估,则是确保其在复杂海洋环境中稳定运行的关键环节。

海洋平台所处的海洋环境极为复杂多变,受到海浪、海流、风等多种因素的共同作用。

这些外界载荷会引起平台结构的振动、位移和应力变化,从而影响平台的正常运行和使用寿命。

因此,准确评估海洋平台的动态响应对于保障平台的安全、优化平台设计以及降低维护成本具有重要意义。

为了评估海洋平台的动态响应,首先需要对海洋环境载荷进行详细的分析。

海浪是海洋平台所承受的最主要载荷之一。

海浪的特征可以通过波高、波周期、波向等参数来描述。

通过海浪谱理论和数值模拟方法,可以对海浪的特性进行预测,并计算出作用在海洋平台上的波浪力。

海流对海洋平台的影响也不容忽视,特别是在深海区域,海流的速度和方向会对平台的稳定性产生较大影响。

此外,风载荷也是海洋平台设计中需要考虑的因素之一,尤其对于上部结构较为突出的平台。

在了解海洋环境载荷的基础上,需要建立海洋平台的结构模型。

这个模型要能够准确反映平台的几何形状、材料特性和连接方式等。

目前,常用的建模方法包括有限元法、边界元法和多体动力学法等。

有限元法是应用最为广泛的一种方法,它可以将复杂的平台结构离散为有限个单元,并通过求解方程组来获得平台的响应。

建立好结构模型后,就可以通过数值模拟或实验研究来评估海洋平台的动态响应。

数值模拟方法具有成本低、效率高的优点,可以在短时间内对不同工况下的平台响应进行预测。

然而,数值模拟结果的准确性往往依赖于模型的简化和假设,需要通过实验研究进行验证和修正。

实验研究则可以更加真实地反映平台的动态响应,但实验成本较高,且难以模拟极端海洋环境。

在评估海洋平台的动态响应时,需要关注的指标包括平台的位移、速度、加速度、应力和应变等。

位移和速度反映了平台的整体运动情况,加速度则与平台上设备的运行稳定性和人员的舒适度密切相关。

深吃水半潜式平台垂荡响应数值分析

深吃水半潜式平台垂荡响应数值分析
Ab t a t To o t z h e v t n p ro ma c fa s mis b r i e p af r ,a c r i g t he DPS 2 014 s r c : p i e t e h a e mo i e fr n e o e —u me sbl lto mi o m c o d n o t 0 - d e r f s mis me sb e l to m , t e e p d at e —ub ri l p af r h he v r s o s a lt d o e a o s o t e lto m we e bti e a e e p n e mp iu e p r tr f r h p afr r o a n d t r u h n me c liea in. a d t e ic us da h o g u r a t r to i n h vs o mpi s i e rz d i h n me c l smu a in. Ba e n t e ng wa ln a ie n t e u r a i l t i o s d o h
Z HU Ha g .OU Jn i g ’ n ip n
( . hpuligT cnlg eerhIs t e S ag a2 0 3 , hn ; .c ol f iiE gneig H ri s t e f eh o- 1 Sib i n eh o yR sac tu , hnh i 00 2 C ia 2 Sh o o v nier , abnI tu c nl d o n it C l n n ito T o ,H ri 5 0 0 C ia 3 Sh o o ii& H dal n i e n ,D l nU i ri f ehoo , a a 103 hn ) y g ab 10 9 ,hn ; .c ol f v n C l y r i E g er g ai n esyo T cnlg D l n16 2 ,C i uc n i a v t y i a

深吃水半潜平台运动响应分析及模型试验分析

深吃水半潜平台运动响应分析及模型试验分析

深吃水半潜平台运动响应分析及模型试验分析徐祥;康庄;付森;贾五洋【摘要】In order to analyze the motion response of semi-submersible platform with a deep draft in actual conditions, the motion response analysis were made in frequency domain and time domain by AQWA.The model test of semi-submersible plat-form was carried out to study the RAO of 6 degrees of freedom and dynamic response in irregular waves.The results obtained by the two methods about RAO curves and motion amplitude in ultimate conditions were comparatively analyzed,proving the correct-ness of numerical methods.The numerical results showed that motion response of the deep draft semi-submersible platform meets the requirements of design.%针对某深吃水半潜平台在实际海况下的运动响应问题,基于AQWA,对深吃水半潜平台频域和时域下的运动响应进行数值模拟,并开展半潜平台的模型试验,分析6自由度幅值响应算子(RAO)和不规则波下的运动响应.比较由2种方法获得的RAO响应曲线和极限海况下的运动幅值,证明数值方法正确,该深吃水潜平台的运动响应模拟结果满足设计要求.【期刊名称】《船海工程》【年(卷),期】2017(046)006【总页数】5页(P131-135)【关键词】深吃水半潜平台;模型试验;RAO;不规则波;运动响应【作者】徐祥;康庄;付森;贾五洋【作者单位】哈尔滨工程大学船舶工程学院,哈尔滨150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院,哈尔滨150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院,哈尔滨150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院,哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】U674.941深吃水半潜式平台在传统的半潜式平台基础上延长了立柱的长度、增加了吃水。

深水桩自由站立分析中的波浪动力响应问题

深水桩自由站立分析中的波浪动力响应问题
工 程实 例 ,阐述 了波浪 动力 响应对 于 自由站立 分析 的重要 影 响。
1 深 水 桩 自由站立 分 析 方 法
深水导管架平台通常采用群桩基础 ,即每个导管架腿与若干个套筒相连,桩穿过套筒插入土壤。
对桩 基础 进行海 上 安装 时 ,桩 除 了受横 向波 、流等环 境载 荷作用 之外 ,还 要承 受 白重 和桩锤 重量 。同 时 由于套 筒与桩 之 间的 间隙 以及 建造 和安装 误差 ,桩会产 生倾 斜 。桩 自由站立 分析 就是对 倾斜 的 ,且 有初 始贯 入深度 ,并在环 境载荷 和重 量载荷 作用下 的桩 ,进 行 的强度和 稳性校 核 分析 。计算 所用模 型
5 4卷

增刊 2

非 ,等:深水桩 自由站立分析 中的波浪动力响应问题
1 9 3
图 l 深 水 桩 自由站 立分 析计 算 模 型
根据 规 范要求 ,对于 承受 压缩 和弯 曲联 合作 用 的圆柱桩 ,在其 全长 的各 点上 ,均应 满足 以下 公式
的要 求 :
锋 ’ r l 一 、 1 只 一 。
关 键 词 :波浪动力响应 深水桩 自由站立分析
0 引 言
海 上平 台的桩基础 ,主要 用于 支撑上 部平 台和 导管架 的重量 载荷 ,同时抵 抗环境 荷载对 平 台的作 用 。深 水 导管架 平 台通 常采 用群桩 基础 , 即每 个导 管架腿 与若干 个套 筒相连 ,桩 穿过套 筒插 入土壤 , 桩 与套 筒之 间灌 入 水泥浆 。在对 于深 水海域 的桩 基础进 行安 装时 ,需要进 行桩 自由站立分 析 ,以满足
产 生 的波浪 动力 响应 甚至 更 大 ,必 须 予 以充 分考 虑 。
波 浪载 荷是 一种 随机 载荷 ,在 多种描 述海 浪 的模型 中,最 具有 代表 性 的是 L o n g u e t - Hi g g i n s 模型,

深水自升式钻井平台动静响应分析及疲劳寿命预测

深水自升式钻井平台动静响应分析及疲劳寿命预测

深水自升式钻井平台动静响应分析及疲劳寿命预测一、引言深水自升式钻井平台是一种高度集成化和自动化的海洋工程设备,具有较强的在深水环境下进行海洋石油勘探和开发的能力。

深水自升式钻井平台平台静角响应、动态响应和疲劳寿命预测是平台设计和安全运行的关键问题之一,本文着重探讨动静响应分析及疲劳寿命预测。

二、动静响应分析动静响应是深水自升式钻井平台设计和运行过程中需要重视的重要问题。

平台的静响应指平台在不受到任何外界力的作用下所发生的形变;平台的动态响应指平台在受到外界力的作用下所发生的变形和震动。

对于平台的动静响应分析,可以通过有限元方法进行仿真模拟分析,同时考虑海浪和风载荷,得出平台的动静响应特征。

三、疲劳寿命预测疲劳问题是平台设计和运营过程中的另一个重要问题。

深水自升式钻井平台长时间处于海洋环境中,会受到海浪、风、潮流等各种外界环境因素的影响,长期以来会引起平台材料的疲劳损伤。

疲劳寿命预测可以根据平台的载荷情况、材料强度和裂纹扩展等因素,对平台的疲劳寿命进行预测。

预测平台疲劳寿命对于平台的安全运营和维护具有重要意义。

四、结论深水自升式钻井平台具有强大的在深水环境下进行海洋石油勘探和开发的能力,在设计和运行过程中需要注意动静响应和疲劳问题。

通过动静响应分析和疲劳寿命预测,可以为深水自升式钻井平台的安全运营提供重要的技术支持。

在平台的设计中需要注意平台结构的稳定性和疲劳寿命预测等问题,确保平台的顺利运作。

在深水自升式钻井平台的动静响应和疲劳寿命预测中,需要考虑以下相关数据:1.颠簸指数颠簸指数是指平台在海面上的运动量,也称为六自由度运动抖振指数。

通常情况下,设计要求颠簸指数不应超过3-4。

如果颠簸指数较高,则需要加强平台结构的稳定性。

2.载荷载荷包括风载荷、海浪载荷等,是平台受力的主要来源。

需要对平台的各个部位进行载荷分析,得出最大载荷和平均载荷。

通过载荷分析可以指导平台结构的设计和优化。

3.材料强度平台结构材料强度是平台疲劳寿命预测的重要因素之一。

在南海环境条件下深水典型TLP的运动响应分析

在南海环境条件下深水典型TLP的运动响应分析
来 作 为一个 整体 进行 总体 响应 分析 。
T P的 时域 耦合 分析 采用 S S M 软 件 的 Dep L EA eC模块 完 成 。应 用 Dep e C进行 时域 耦合 分析 ,是 先 完成 频域 分析 获得所 需要 的水 动力 参数 ,包 括 :运 动 响应 幅算 子 、附加 质 量 、势 能阻尼 、静 回复力
阶和 二阶激励力 等。再用D e C e p 程序进行 时域 耦合分析 ,建 立T P L 系统模 型 以及环境 模型计算 ,结果表 明该 TP L 在南海环境 条件 下具有 良好 的运 动性 能,满足 设计要求。
关 键 词 :船舶、舰船工程;TP L ;南海环境参数;模型;水动力参数;时域耦合分析
中图 分类号 :T 91 6 13 文 献标识 码 :A E 5 ;U6 .
0 引 言
T P是深 水浮 式平 台 的一种类 型 ,目前 已在 国外 深水 油气 田开 发中得 到成 功应用 。 L L T P可 以用 于 干 式采 油 ,采 油树 安装 在平 台上 ,便 于修井 作业 。也 可 以回接水 下井 口,实现 湿式 采 油。该类 平 台有 四种 结构 形式 :传 统式 T P ( —L ),MOS ST P eSa L L CT P E L ,S at T P和 E L 。T P最 显著 的特 点是 靠 r TP L 张力腿 来 系泊 平 台,张 力腿 必须 始终 保持 受拉状 态 ,而 且张 力必 须保证 不 能低于 一定 数值 ,预 张力 由 平 台浮体 的剩 余浮 力提 供 。因此其 对 上部 载荷 的变 化是 敏感 的 。由 T P 平 台系泊方 式 决定 了平 台本 L 体在 平面 外 的横摇 、纵 摇 、垂 荡等运 动近 于刚 性 ,而平 面 内的横 荡 、纵荡 、首摇 等运 动显 示 出柔性 , 环境 载荷 可 以通过 平面 内运 动 的惯性 力而 不是 结构 内力 来平 衡 。张 力腿 长度 与水深 成线 性 关系 ,而 张 力腿 费用 较 高 ,水 深一 般 限制在 2 0m 之 内 , 目前 T P应用 的最 大水深 为 12 m。 00 L 45
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理 论和 试验 证 明其 能够 有 效 降低 平 台垂 荡 响应 【。垂 荡板 为 水平 面积 很大 的薄 板 ,平 台竖 向运 动 时 , 2 J 法 线方 向能够 激起 较大 附加水 质 量 ,同时尖锐 的平 板边 界提供 了一 定 的粘 滞 阻尼 ,Tus pr rs a 的垂 荡 自 S
关 键 词 :船舶、舰船性能;深水平台;概念设计;运动响应;时域;频域;Sa pr 中 图 分 类 号 :U 7. P 5 64 8 7 1 3 文 献标识 码 :A
0 引 言
近年 来深 海石 油工 业快 速发 展 ,一些 海上 浮式 钻井 生产 单元 例如 张力 腿 T P平 台、半潜 式和 S a L pr 平 台得 到 了广 泛应 用 。T P 平 台依靠 张力 键连 接平 台主 体与 海底 基础 ,由于竖 向刚 度较 大 ,垂荡 自然 L 周 期在 2 左右 。因此垂 荡 响应很 小 ,适合 干式 采油 树 的使用 。但 T P平 台造价 高并 对水 深敏 感 ,不 适 s L
合在 超 深水水 域 使用 。半潜 式平 台经 过几 十 年 的发展 ,设计和 建 造技 术 已经 比较 成 熟 ,常 用 于深水 或
超深 海域 钻井 。由于多 柱支撑 的 平 台主 体 结构形 式 ,T P 和 半潜 式平 台的 上体 设计 弹性和 使用 面积 更 L 大 。S a pr立柱式 平 台吃水 深 ,重心 低于 浮心 ,稳 心较 高 ,具有 良好 的稳 定性 ,受 到 了不少 石油 公司及
的立 柱 sas p r、中央 井 sa、垂荡板 、压 载舱 、系 泊系 统 、立 管系 统 以及 平 台上体 组成 。 pr
1 D MS平 台概念介绍 D
DD MS平 台 ,结合 了张 力腿 、Cas pr Tus pr的一些特 点 ,如 图 1 示 ,在 结构 型式 上 l i S a 和 rs S a sc 所 进行 了创 新 。其 概念演 变及 形成 过程 如 图 2所示 。首 先考 虑到平 台主 体 的制 造难 度 ,将单个 Sa 平 台 pr 分离 为 4个 小直 径 的 sa。DDMS平 台所采 用 的立 管是依 靠连接 在其 顶 部的浮 力罐提 供 张力 ,因此 能 pr 够大 大提 高平 台的有 效荷载 , 目前 这种 立 管 已经 在 S a平 台上 得 到了应 用 。为了使 浮力罐 以及 立管 免 pr 受波 浪和海 流 的冲击 ,可在 平 台 中部 设置 封 闭式 的 中央井 。这样 一 来 ,5个较 小直径 的 sa 组成 了 pr就
深 吃水 多立柱式平 台的运 动响应分析
李彬彬 ,欧进 萍 ,
(.哈 尔滨工业 大学 土木 工程 学院,哈 尔滨 10 9 1 50 0
2 .大连 理工大学 土木水利 学院 ,大连 16 2 ) 1 04


提 出 了一种新型深吃水多立柱 式平 台 DD ( e rf Mutsas,介绍 了 D MS平 台的创新概念 , MSDepD at l. r ip ) D
装 ,费用 昂贵 。
运动 响应 方面 ,作 为顺应 式 浮动平 台,T P L 、半 潜和 S a 平 台水 平方 向 回复力 较小 ,纵 荡周期 大 , pr 二 阶低 频漂 移力 的作 用 显著 。半 潜式 平 台 由于主 体 吃水 浅 ,底部 横 向浮 桥受 到 的竖 向波浪 激振 力大 ,
收稿 日期 :20 —1 1 090 ;修 改稿 收稿 日期 :2 0.32 2 090—3 基金项 目: 国家 83计划 项 目 (0 6 A0A132 0AA 9 0 ) 6 2 0A 9 0; 0 6 0A14




学术 论 文
波 频激 振力较 小 ,垂荡 极值位 移 一般 不超过 2 m。Tu s p r 然吃 水相对 较 浅 ,但 平 台安装 了垂 荡板 , rs S a 虽
海 洋 技术 公司 的欢迎 。但 S a 平 台主 体尺 寸较 大 ,直径一 般在 3 - 0 之 间 ,对 建造 技术 和船坞 大 小 pr 0 ̄5 m
有 较 高的要 求 。 目前大 多数 的 S a 平 台主体 都在 亚洲 或 欧洲制 造 ,然 后 再运往 墨 西哥湾 进行 组合 和安 pr
5卷 1
第 2期 ( 总第 lO期 ) 9




V 1 I No S r l o 10 o. 5 . ei . 9 ) 2( a N
J n . 01 ue2 O
21 0 0年 6月
S PB L NG HI UI DI OF CHI NA
文 章 编 号 : 10 .8 2 2 1) 20 0 .0 0 04 8 (0 0 0 .171
并描述 了 台的交互 式设计方法和设计流程 。 平 使用基 于绕射和辐 射理论的高阶边界元方 法, 得到 了平 台波频 激振力和水动力系数 ,在频域获得 了幅值 响应算子 R O 。利用平均波浪漂移力和 Ne m n A w a 近似方法预报 了
平 台的 二阶波浪慢漂激振力,在 时域进行 了DD MS平 台运动响应的数值模拟。计 算结果验 证 了DD MS平台 设计的合理性,显示 了平 台良好的运动性能。
在极端海况下具有较大的垂荡响应,这也是半潜式平 台不能安装干式ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ油树的主要原因。此外波浪辐
射 阻尼 非常 小 ,也 是 半潜平 台垂 荡 响应 较 大 的令一 个重 要原 因 。波浪 荷载对 T P的作用 与半潜 式平 台 L 相 似 ,但其 通过 张力键 与海 底 竖 向刚性连 接 ,垂荡运 动 性能 极好 。第一代 C as pr lsi S a 吃水 很深 ,竖 向 c
然 周期调 整到特 征波 浪 周期之 上 ,避 免共 振产 生较 大 的响应 。 在 比较 和 分 析 了各 种 深 水平 台优缺 点后 ,本文 提 出一种 新 型 深 吃水 立 柱 平 台 DD ( e rf MSDep dat
mutsas,按照 墨西 哥湾 百年一 遇 的极端海 况条 件设 计 ,水深 为 10m。D MS平 台 由 4个 深 吃水 l— r) ip 40 D
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