海洋平台波浪载荷计算方法的分析和建议_张金平
海洋平台波浪载荷计算方法的分析和建议
摘 要 ：文章综述了近年来海洋平台波浪理论夏波浪栽荷计算方法的研究与发展概况， 包括不同海域渡浪栽荷的计
算理论 ， 以及不 同类 型、 同尺度海 洋平 台的波浪栽荷 的计 算方法夏其应 用， 不 并对各种 不 同波 浪理论 的适 用范围夏
其 优 缺 点进 行 了分 析 。 同 时对 目前 应 用较 广 的数 值 模 拟 技 术在 海 洋 平 台方 面 的应 用 进 行 了分 析 ， 举 了相 关 应 用 列 实例 ， 对 其 发 展 前 景 进 行 了展 望 ， 出 了相 关研 究建 议 。 并 提
ＺＨＡＮＧ ｉ— ｉ ， ＡＮ ｎ ｌ 。 Ｕ ｅ ｈ 。 Ｊｎ ｐｎ ＤＵ Ｙａ —ｉ ＬＩ Ｘｕ — ｕ 。
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海洋平台上的风荷载计算研究的开题报告
海洋平台上的风荷载计算研究的开题报告
一、研究背景
随着海洋经济的不断发展，海洋平台建设越来越广泛地应用于海上工程领域中。
然而，在海上施工的过程中，海洋环境的复杂性是影响平台安全运行的主要因素。
其中，海上风荷载的影响至关重要，需要进行完备的计算和研究。
二、研究内容
本研究旨在研究海洋平台风荷载的计算方法，探索如何通过计算获得平台迎风面的风荷载值。
特别是，针对海上环境的复杂性和采用的不同设计标准，本研究将从以下方面进行深入研究：
1. 海洋平台风荷载计算的基本原理和方法。
2. 各国、地区对平台所运用的不同设计标准对平台风荷载计算的影响。
3. 风向角及风荷载分布的研究。
4. 风荷载计算的误差范围及其对海上平台结构稳定性的影响。
5. 基于计算获得的风荷载值，探讨如何在实际设计中合理运用和调整。
三、研究目的
本研究的目的是为了更好地研究海洋平台的稳定性和安全性，提高设计的可靠性与精度。
通过深入研究海洋平台的风荷载计算及设计方法，为海洋工程领域的发展提供有力支持。
四、研究方法
在本研究中，我们将采用文献研究和实验测试相结合的方法来探究海洋平台风荷载的计算问题。
通过调研不同设计标准和实验测试，深入分析海上环境的影响因素及其对平台稳定性的影响。
五、研究意义
海洋平台的稳定性和安全性是建造海上工程的首要任务。
本研究的实施将对提高海洋平台设计和施工的可靠性和精度有重要的推进作用，对于促进我国海洋经济的稳步发展具有积极意义。
自升式钻井平台风暴自存状态性能分析研究_陈营营
（ 7）
式中： FVH———土壤的承载能力，与土壤参数有关；
φ———系数，与土壤参数有关。
当缺乏准确的土壤参数时，可用下式对桩靴
的抗滑移性能进行校核。
H ≤ μF
（ 8）
式中： H———桩腿底部剪力；
F———桩腿最小支反力；
表 3 环境条件
环境项
水深 /m 波高 /m 波浪周期 /s 风速 / （ m·s －1 ） 流速 / （ m·s －1 ） 气隙 /m
数值
91． 44 10． 67 13． 50 51． 44 0． 60 11． 28
2． 2． 1 风载荷 根据 ABS 规范［5］中给出的形状系数和高度系数
来计算作用在主船体和水线以上桩腿上的风力 F。
平台的预压载能力指的是平台压载舱在全部 注满水后，对桩腿产生的压力是否能达到预压载 要求的能力，直接关系到平台的站立稳性。算例 中，平台单桩最大预压载能力为 80． 17 kN。当环 境载荷的作用方向为 120°时，桩腿最大支反力为 57． 44 kN，利用系数为 0． 716，满足给定环境条件 下的预压载要求。
143
第6 期Leabharlann 船海工程第 40 卷
2． 2． 4 P － Δ 效应载荷
由于平台受外载荷作用发生了侧向位移 ，因
而桩腿还承受着由于自身重力所引起的附加弯矩
的作用，该弯矩称为 P-Δ 弯矩。本文采用施加二 次弯矩法对其进行考虑［8］。根据 SNAME 规范，
在计算 P-Δ 弯矩时，需要考虑齿条的影响，弦管
按 AISC［9］校核桩腿的强度。桩腿弦杆自存工
况下的最大应力比为 0． 88，位置为背风桩腿内侧弦
管的一根梁上，环境载荷的作用方向为 120°。
新型浮式平台波浪载荷计算方法研究与应用
新型浮式平台波浪载荷计算方法研究与应用
于小伟;姜涛;罗瑞锋
【期刊名称】《船舶与海洋工程》
【年(卷),期】2022(38)1
【摘要】为合理评估浮式平台的波浪载荷,着重总结归纳几种常用的波浪载荷计算方法的特点和适用情况,并将其应用于某新型浮式平台的结构型式设计研究中。
结果表明:基于最大波法、长期预报和短期预报得到的设计波参数相差较大。
若要合理评估浮式平台的波浪载荷,需综合运用多种计算方法,避免采用单一方法造成安全裕度不足。
该研究可供海洋结构物型式设计、波浪载荷计算和结构强度评估参考。
【总页数】6页(P31-36)
【作者】于小伟;姜涛;罗瑞锋
【作者单位】上海振华重工(集团)股份有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】U661.43;U661.32
【相关文献】
1.浮式风机支撑结构在气动载荷和波浪载荷联合作用下的运动响应研究
2.大尺度浮式结构物波浪荷载计算方法研究
3.船体破损后非正浮条件下波浪载荷的计算方法
4.二阶波浪载荷计算方法探究——以深海船式平台动力定位系统为例
5.基于CFD的网架式网箱浮架结构波浪载荷计算方法研究
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第二章 环境载荷计算11-28
§2.2
风载荷
由于风压与风速的平方成正比，故风速的取值显得特别重要。从风速 的原始记录资料来看，风速具有很大的脉动性，在一天的风速记录中出现 的某—瞬间的最大风速，称为该天的瞬间风速。如果取出连续10min的风 速求其平均值，叫做10min时距的平均风速。 在海洋平台设计中常用的是两种设计风速， 持续风风速 阵风风速 持续风风速 —— 一般是几分钟（例如1-3min）时距的平均风速； 阵风风速 —— 是几秒钟（例如3s）时距的平均风速。 一般当作用在平台上的波浪力是最大波浪力，则同时作用在平台上的 风力按持续风风速计算，如果仅仅阵风的作用比持续风加波浪的作用更为 不利时，则应以阵风风速计算。不同时距的风速之间有一定的关系，时距 短的风速比时距长的风速要大。
§2.1 平台承受的载荷的分类
三、施工载荷
施工载荷指平台在建造以及海上吊运、安装过程中所承受的载荷，这 些载荷会使一些构件产生瞬时的高应力。 因此，尽管这些载荷不是结构设计的控制载荷，通常也需校核这些载 荷对平台结构所产生的影响。 对于使用载荷和施工载荷的计算，有关的平台结构规范都有明确的规 定，且各国规范的规定也日趋一致。环境载荷是平台结构设计的控制载荷 ，由于受到环境条件等因素的影响，计算比较复杂，下面主要介绍环境载 荷的计算。
§2.2 风载荷
作用在海洋平台结构上的风载荷可根据下式计算： F = pA （2-1） （2-1）式中，p 为受风构件表面上的风压，N/m2；A为构件垂直于风向的 轮廓投影面积，m2 ；F为作用在构件上的风力，N。 计算风压p 时通常是以根据一定的标准高度和形状选定的基本风压值 p0为基础，然后再对风压沿高度的变化和受风构件形状作修正。基本风压 值p0可由下式确定：
海洋平台强度分析
第二章 环境载荷计算
自升式平台波浪荷载计算方法的评述
自升式平台波浪荷载计算方法的评述
李晔
【期刊名称】《中国航海》
【年(卷),期】2015(038)003
【摘要】波浪荷载对自升式平台的整体性能和作业能力有着明显的影响,对自升式平台所受波浪荷载进行合理分析可更加准确地评估平台的整体性能,进而提高平台的作业能力和作业效率.对此,通过比较ISO 19901-1,ISO19905-1和SNAME中关于环境荷载系数的确定方法,给出合理、优化的选择环境荷载系数的方法,为平台性能评估中环境荷载的计算提供一定的参考.
【总页数】5页(P79-82,102)
【作者】李晔
【作者单位】中国船级社海工技术中心,天津300457
【正文语种】中文
【中图分类】P751;U674.38+1
【相关文献】
1.三桩腿自升式平台拔桩作业有限元计算方法研究 [J], 高畅;曲健冰;李红涛
2.自升式平台桩靴与土壤相互作用计算方法研究 [J], 王琳;曲健冰;李红涛
3.自升式海上风电安装平台插桩深度计算方法 [J], 王徽华
4.自升式海上风电安装平台插桩深度计算方法 [J], 王徽华;
5.自升式海洋平台波浪荷载谱计算 [J], 王言英;阎德刚
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海洋平台波浪荷载数值模拟研究
海洋平台波浪荷载数值模拟研究张婷;贺捷;黄锦林【摘要】针对以往采用理论公式和试验方法计算波浪荷载存在一定局限性的问题,基于计算流体动力学软件Flow3D建立三维数值波浪水池模型,模拟规则波与自升式海洋平台相互作用过程,并将波浪力计算结果与理论值进行对比.【期刊名称】《船海工程》【年(卷),期】2013(042)005【总页数】5页(P150-154)【关键词】海洋平台;波浪荷载;数值模拟【作者】张婷;贺捷;黄锦林【作者单位】广东省水利水电科学研究院,广州510630;广东省水动力学应用研究重点实验室,广州510630;中交四航局第二工程有限公司,广州510300;广东省水利水电科学研究院,广州510630;广东省水动力学应用研究重点实验室,广州510630【正文语种】中文【中图分类】U674.38理论公式和试验研究是以往计算海洋平台波浪荷载的主要方法[1-2]，理论公式计算方法简便，但其将平台划分为桩腿、沉垫和上部结构几大部分来分别估算，不能完全反映平台整体与波浪之间的相互作用影响，且对于有流动分离、漩涡、波浪破碎存在的情况，理论方法也无法给出合理的解。
而物理模型试验也在数据测量、方案变更、比尺效应等方面受到许多限制。
近年来，数值模拟已成为波浪荷载计算的重要手段，一般通过建立三维数值波浪模型，模拟波浪与结构物的相互作用[3-6]，但通过建立三维数值波浪水池模拟波浪对海洋平台各个接触面水动力荷载数值计算的研究工作较少。
本文考虑流体粘性作用，用不可压缩粘性流体运动Navier-Stokes方程作为控制方程、RNGκ-ε模型模拟紊流，VOF方法跟踪波动自由表面，建立了三维数值波浪模型，模拟规则波浪与海洋平台相互作用的过程，计算作用在平台桩腿上的总水平波浪力、沉垫上的波浪动水压力以及平台船体上的波浪浮托力和冲击力，并将计算结果与理论值进行对比，为平台结构设计提供参考依据。
有关Flow3D模型介绍详见有关文献[7]。
二阶波浪载荷计算方法探究——以深海船式平台动力定位系统为例
探 中倍 受青 睐 。动力 定 位 系统是 通过 推进 器 产生 的推力 来平 衡 风 流 浪 等 环 境 载荷 对 平 台 的作 用 ， 从 而使 平 台保持 在 预定 的位 置和 方 向进行 正 常作
业。
深海 。这就 对海 洋资 源 开采 和勘 探装备 提 出 了新 的技 术要 求 ， 其 中就 包 括 了定 位 技 术 。传 统 的锚 泊 定位 方式 由于 受 水 深 等各 种 因素 的限 制 ， 在 深 海 尤其 是超 深 海 资 源 开发 和勘 探 中很 少 采 用 ， 而
单 点 系泊 系统 和 动 力定 位 系统 便 随之 产 生 ， 特 别
钦州学院海洋 学院讲 师。
２
钦州 学 院学报
第２ ９ 卷
据 用差 值法 得到 二 阶波浪漂 移力 的计 算结 果 。
浪 向角 ， 取 随浪 时为零 度 ； ， 、 ： 垂 荡 时 的幅 值 ，
１ 波 浪 载 荷 计 算 方 法
设船式平台浮于 自由液面 ， 无航速 。取图 １ 所 示 的坐 标 系 ， 轴平行于 中纵剖面 面， 指 向船 首； Ｙ轴平 行 于 中横 剖 面 面 ， 指 向船 舶 左 舷 ； 轴
以深 海 船 式平 台动 力定 位 系统为 例
韩 鑫 ，蓝尉 冰
（ １ ．钦州 学 院 海 运学 院 ，广 西 钦 州 ５ ３ ５ ０ ０ ０ ；２ ．钦 州学 院 海 洋学 院 ，广西 钦州 ５ ３ ５ ０ ０ ０）
［ 摘
要］ 动力定 位系统是深海平 台关键设备 之一 ， 用于在风 流浪等环境 载荷作用 下保 持平 台预定 的工
台所 受 的二 阶波 浪 漂 移 力进 行 了计 算 ， 并 将 两者 的计 算结 果 进 行 了 比较 ， 验证 了 Ｎ ｅ ｗ ｍ ａ ｎ方 法 的 不合 理 性 。之 后 根 据 ＭＡ Ｒ Ｉ Ｎ Ｔ Ｅ Ｋ报 告 给 定 的数
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收稿日期:2006 01 26作者简介:张金平(1976 ),男,河北石家庄人,1998年毕业于西南石油学院机械制造与设备管理专业,主要从事海洋石油工程项目管理工作。
文章编号:1001 3482(2006)03 0010 05海洋平台波浪载荷计算方法的分析和建议张金平1,段艳丽2,刘学虎3(1.海洋石油工程股份有限公司,天津塘沽300452;2.中国石油大学(华东)石油工程学院,山东东营257061;3.兰州石油机械研究所,甘肃兰州730050)摘要:文章综述了近年来海洋平台波浪理论及波浪载荷计算方法的研究与发展概况,包括不同海域波浪载荷的计算理论,以及不同类型、不同尺度海洋平台的波浪载荷的计算方法及其应用,并对各种不同波浪理论的适用范围及其优缺点进行了分析。
同时对目前应用较广的数值模拟技术在海洋平台方面的应用进行了分析,列举了相关应用实例,并对其发展前景进行了展望,提出了相关研究建议。
关键词:海洋平台;波浪载荷;计算方法;应用;数值模拟中图分类号:T E951.01 文献标识码:AThe analysis and proposal of computation methods of wave loads acting on offshore platformZH ANG Jin pin 1,DU AN Yan li 2,LIU Xue hu 3(1.China Of f shore Oil E ngineer ing Co.L td ,T angg u 300452,China;2.College o f Petro leum Eng ineer ing ,China Univer sity of P etr oleum (H uadong),D ongy ing 257061,China;3.L anz hou Petr oleum M echanical Resear ch I nstitute ,L anz hou 730050,China)Abstract:General status o f development on w ave theory and w ave loads on offsho re platform in r esent year s is sum marized in this paper,including com putation theory of w ave loads in different sea area,com putation methods and applicationso f wave loads acting on offshore platform w ith differ ent type and dimen sion,at the same tim e num er ical simulatio n techno logy being applied widely on offshore platform is analyzed in 这和文献[4]的结论完全一致。
当 =180 时,由式(5)可知A X =0,A Y =0,即F X =0,F Y =0,即,筛箱所受的激振力为零,质心是一个固定不动的定点。
此时,X M ,筛箱不能满足平动的条件。
在这种情况下,筛箱的运动就只是仰俯振动。
3 结论1) 上偏心块超前下偏心块的角度 越大,振动筛椭圆运动轨迹长短轴均越短。
所以应根据振动筛电机安装位置适当选择 ,以免 过大而影响振动筛的工作性能。
2) 2台电机轴线之间的夹角 只影响振动筛椭圆运动轨迹的短半轴,而不影响长半轴。
3) 振动电机在筛箱上的安装位置X M ,既要受上偏心块超前下偏心块的角度 的影响,又要受2台电机轴线夹角的影响,设计时在保证一定椭圆度的前提下,可以通过适当调整 、 ,以实现电机的正确安装,为振动筛的设计和使用均带来了较大的方便。
参考文献:[1] No rr is,T imothy L.P atterson.V ibrat ory scr een separ ator [P].U S5265730.[2] M ike M or genthale,G E Espey ,Bob L ine.Balancedelliptical mot ion im pr oves shale shaker per formance [R].A A DE Shaker co nfer ence,1998.[3] 龚伟安.双激振电动机均衡椭圆运动振动筛动力学分析[J].石油机械.2002,30(5):1 3.[4] 侯勇俊,史常贵,卫尊义,等.等质径积双电机自同步椭圆振动筛动力学研究[J].天然气工业,2005,25(5) [5] 牟长青,柴占文,朱均波,等.自同步平动椭圆振动筛的理论研究[J].石油机械.2004,32(4):11 12.2006年第35卷 石油矿场机械第3期第10页 OIL FIELD EQUIPMENT 2006,35(3):10~14present time,corr elative application ex amples are enumerated.Foregr ound is ex pected in this paper.Co r r elative proposal is g iven and corresponding r eference information is pr ovided as w ell.Key words:offshore platform;w ave loads;co mputation methods;application;num erical sim ulation1 工程上应用的波浪理论[1~2]海洋平台在建造和使用期间承受的环境载荷是由风、波浪、海流、海冰、水温及气温、潮汐、地震等自然环境引起的载荷。
波浪载荷是平台强度分析、结构设计与安全评估中一个非常重要的载荷之一,正确计算波浪载荷对结构安全性具有重要意义。
由于海洋平台工作水深不同,结构受到的波浪载荷也不同,应选用不同的波浪理论进行计算。
波浪理论的种类繁多,但在工程实际应用中,适用于不同水深范围的波浪理论有微幅波理论、斯托克斯五阶波理论、椭圆余弦波理论、孤立波理论。
在工程计算中应根据具体情况选择合适的波浪理论。
此外,还要考虑海洋工程结构尺寸,对于小结构物,波浪的拖曳力和惯性力是主要分量,波浪载荷用Mo rison公式计算;对于大结构物,波浪的惯性力和绕射力是主要分量,波浪载荷用线性绕射理论计算。
本文分别从海洋平台的应用海域、不同类型的平台以及数值模拟3个方面综述了近年来的研究概况,并提出了今后研究方向的建议。
2 浅海海域平台的波浪载荷计算在浅海区域波浪易破碎,波浪力具有强非线性特性,一般要应用非线性波浪理论,由于各种波浪理论都是在一定理论简化的基础上发展而来的,具有一定的适用范围。
而且滩海海底由泥砂沉积而成,在波浪作用下,泥砂会悬浮在海水中,这种含泥砂的波浪对结构物的作用显然比无泥砂的波浪力大得多,一般的计算方法已不适用。
马汝建等人[3]应用椭圆余弦波理论、双曲波理论及孤立波理论计算了作用于直立桩柱上的波浪力,并在建波水槽中进行了波浪力及波压力实验研究,应用实验结果对传统的计算方法进行了修正,提出了静水面以上波压力的修正公式P c=P t[1-a(e-bz-1)],式中,P t为理论波压力;a=1/(e-b max-1);b=15 (m-1),为常数;Z=s-d为静水面以上的高度。
2.1 自升式平台自升式平台主要用于浅海作业,目前对作用于自升式平台的波浪流载荷的研究可以分为2大类。
a) 基于规则波的波浪载荷研究 基于规则波的方法又称为设计波法,它是根据平台结构工作海域的特点(水深、波高等),人为地选用一个波浪理论描述波浪的响应特征(水质点的速度、加速度等),然后利用一般的流体动力学方法计算波浪力(如Mo r iso n公式)[4]。
这种方法计算简便,理论发展相对成熟,因此现仍经常为海洋工程设计采用,也是我国海上移动平台入级与建造规范中所规定的波浪力计算方法之一。
但是由于它根据理想化的规则波计算波浪力,不能完全反映实际海况对平台的作用力。
b) 基于不规则波的波浪载荷研究 采用不规则波计算波浪载荷的方法是建立在统计特征上的,这种方法没有确定的波浪公式,而是把实际海面上的不规则波浪认为是由许多具有随机相位的简单波叠加而成,这种方法也已经成为海上平台规范中规定的方法之一。
许多文献使用这种波浪流载荷模型进行结构动力响应的时域模拟,取得了良好的效果[5~6]。
这种模型的缺点是计算量过大,不利于在工程中推广应用。
2.2 浅海沉垫式海洋平台浅海沉垫式海洋平台是浅海域平台的一种主要形式。
对这类平台的波浪载荷确定,工程上普遍的做法是采用线性的波浪理论来估算沉垫的受力,用M orrison公式估算平台脚柱的受力,二者之和即被认为是沉垫式海洋平台的总的波浪载荷;在沉垫受力的估算中,认为沉垫贴近海底,对波浪场的影响可以忽略,从而不考虑沉垫产生的绕射影响。
这一近似在工程应用上无疑是方便的,但是,由于沉垫式海洋平台大都用于浅海域,与水深相比,沉垫的高度未必是小量,波浪的绕射影响可以是重要的;同样,在浅海域中,波浪的特性与深水波有实质性的差别,而且波高或沉垫高度与水深相比也未必是个小量,浅水影响和非线性影响也将是可观的。
因此,目前通用的工程估算方法的近似程度仍然不清楚,缺乏足够的科学依据来确定以这种方法估计得到的波浪载荷的误差范围,这样也就难以判定这一方法的适用范围,亦即在何种参数范围内波高的非线性影响和浅水影响可以忽略。
目前,研究人员普遍认为,即使浅水影响可以忽略,基于势流假定的线性或非线性波浪绕射理论也只是在物体总体受力的估算上是成11张金平,等:海洋平台波浪载荷计算方法的分析和建议功的,要确定物体上的压力分布未必现实,这中间有粘性边界层的影响、流动分离和旋涡泄出的影响等[7]。
姚美旺等人[8]通过对海洋平台沉垫的波浪载荷试验研究分析,对规则波中平台沉垫总体波浪载荷和局部水动压力分布的情况进行了研究,定性地考察了非线性影响、浅水影响的重要性。
3 深海海域平台的波浪载荷计算3.1 张力腿平台随着人类石油勘探逐渐向深水领域扩展,涌现出一些新型的适应深海海洋环境的平台,其中张力腿平台是一种典型的深水海洋石油平台,以其半固定半顺应的运动特征在深水海洋石油工程中广为应用。
在计算张力腿平台波浪载荷时可以将张力腿平台本体简化为大尺寸截头直立浮式柱群。
张力腿平台本体的波浪载荷主要集中于这些浮式柱上。