水深对超大FPSO波浪载荷的影响研究

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最大系泊载荷

最大系泊载荷一、概念解释：最大系泊载荷最大系泊载荷是指船舶或海洋结构在特定条件下所能承受的最大张力。

它是一项重要的设计参数，关系到船舶及海洋工程的安全、稳定和可靠运行。

系泊载荷主要包括风力、波浪力、潮汐力等自然力作用下产生的载荷，以及船舶或海洋结构自身运动产生的载荷。

二、最大系泊载荷的计算方法1.基本公式最大系泊载荷可通过以下公式进行计算：P = F ×L × β其中，P表示最大系泊载荷，F为系数，L为系泊设施的长度，β为载荷因子。

2.影响因素最大系泊载荷的计算需考虑以下影响因素：（1）气象条件：如风速、风向、波浪高度等；（2）水域环境：如水深、海底地形、海水密度等；（3）系泊设施：包括系泊桩、系泊链、系泊缆等的设计参数和质量。

3.实例分析以一艘大型船舶为例，根据实测数据，可得到最大系泊载荷为1000吨。

具体计算过程如下：（1）收集气象和水文资料，确定系泊期间的平均风速、波浪高度等；（2）根据系泊设施的设计参数，计算出系泊链的拉力；（3）结合船舶的排水量、吃水等数据，计算出船舶在水中的重力；（4）根据以上数据，代入公式计算最大系泊载荷。

三、最大系泊载荷的应用1.船舶设计船舶设计过程中，最大系泊载荷是船体结构设计和强度校核的重要依据。

合理确定最大系泊载荷，可确保船舶在各种工况下的安全运行。

2.港口设施规划在港口设施规划中，最大系泊载荷是选择合适系泊设施、锚地的重要参考。

根据最大系泊载荷，可确保港口设施能满足船舶的系泊需求。

3.海洋工程设计在海洋工程设计中，最大系泊载荷是关系到海洋结构物安全稳定的关键因素。

准确计算和合理应对最大系泊载荷，有助于提高海洋工程的安全性和可靠性。

四、最大系泊载荷的注意事项1.气象条件在计算最大系泊载荷时，应充分考虑气象条件的影响，特别是风速和波浪高度。

实际操作中，可采用历史数据或现场实测数据进行计算。

2.水域环境水域环境对最大系泊载荷有很大影响，如水深、海底地形等。

防波堤防浪墙波浪力计算分析方法

图１合田良实法中波浪压力的分布图１给出了利用合田良实法计算得到的波浪力分布图。其中ｄ表示基础前５Ｈ位置处的水深，代表防浪墙前的水深，代表防浪墙墙底到静水面的高度，在没有掩护层的情
Ｐ。＝Ｐ一（ｐ一Ｐ）（浪力：
采用海港水文规范＞）中提供的公式对防波堤防浪墙波浪力进行计算，得到的波浪力在立波状态下随水深增加而增大；当波态为近破波时，同一波高情况下，采用规范公式计算得到的总水平波浪力随水深增大而减小。同一波态和水深条件下，采用规范公式计算得到的防浪墙总水平波浪力随波高增加而增大，近破波状态下防浪墙总水平波浪力随波高增大而显著增加。
合田良实法自提出以来就受到了学者们的广泛认可。本文根据１９８５年出版的不规则波及海上建筑物设计》一书中提出的合田良实针对防浪墙波浪力进行计算的方法。该方法主要适用于立波和破碎波作用下的防浪墙波浪力计算，在很多国家的规范中都借鉴该方法进行波浪力分析和计算，得到了大量实际工程的检验。
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增加而增加，因此，也比较适用于立波及近破波作用下的防
从图３和图４对比分析可以看出：
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浪墙波浪力的计算，而对于陡波作用下的情况而言，采用
（１）基床类型为中基床时，采用合田良实方法得到的防
况下，取ｄ２＝ｄｌ，ｈ。表示防浪墙高于静水面的高度。＝（＋）；＝／ｃｏｓｈ（２ｚｄ／Ｌ）；＝

浮式海洋结构物研究现状及发展趋势

浮式海洋结构物研究现状及发展趋势浮式海洋结构物研究现状及发展趋势1、浮式海洋结构物发展现状为迎接深水钻井和采油的挑战,先后发展了几大类适合于深水作业的浮式结构物:FPSO、半潜式平台、张力腿平台和Spar等.1.1 浮(船)式生产储运装置(FPSO)FPSO目前已在边际油田和油田的早期生产系统中得到广泛应用,该项技术已比较成熟,这种结构形式可提供多种用途,其主要特点为:(1)浮船型,机动性、运移性和结构稳定性好,具有在深水域中较大的抗风浪能力,允许在各种气候下装卸油,并且运输方便;(2)建筑成本低,建设周期短,是一种相对廉价的结构.典型的新建FPSO需2.5a左右,与张力腿平台(见图3)相比,后者至少要长1.5～2a[1].因而对于许多石油公司来说,FPSO具有较好的经济效益;(3)工作面开阔,可在甲板上装卸油,具有大产量的油、气、水生产处理能力以及较大的原油储存能力;(4)FPSO 本身没有钻井能力,但它与海底完井系统组合时,可具有适应深水采油的能力.它可以与导管架井口平台相组合,也可以与自升式钻采平台相组合成为完整的海上采油、油气处理和储油、卸油系统,但更主要的适用于深水采油与海底采油系统(包括海底采油树、海底注水井井口、海底管汇、立管管汇和控制系统等)组合成为完整的深水采油、油气处理、原油储存和卸油系统.从被统计的67艘FPSO中,工作水深主要在100～500m,但随着采油工作水深的增加,大于500m工作水深的在逐年增加.例如,由RoarRamde和挪威海事技术公司(MaritimeTentech) 联合设计,由韩国现代重工施工建造的“RamformBanff”号工作水深达1524m.另一艘工作水深达2000m的FPSO,由Harland&Wolff 全部负责设计和建造,由巴西国家石油公司(Petrobras)承担操作,用于与深海海底完井系统相结合的采油.1.2 半潜式平台(立柱稳定式平台)半潜式平台,又称立柱稳定式平台(见图2),是浮式海洋平台中的一种常见类型.它一般由平台本体,立柱和下体或浮箱组成.此外,在下体与下体,立柱与立柱,立柱与平台之间还有一些支撑与斜撑连接.平台上设有钻井机械设备,器材和生活舱室等,供钻井工作用.平台本体高出水面一定高度,以免波浪的冲击;下体或浮箱提供主要浮力,沉没于水下以减少波浪的扰动力;平台本体与下体之间连接的立柱,具有小水线面的剖面,立柱与立柱之间相隔适当距离,以保证平台的稳性,所以又有立柱稳定式之称. 半潜式平台在深水区域作业,需依靠定位设备,深水锚泊系统,需要大量链条,靠供应船运载.半潜式平台由于下体都浸没在水中,其横摇与纵摇的幅值都很小,有较大影响的是垂荡运动.由于半潜式平台在波浪上的运动响应较小,在海洋工程中,不仅可用于钻井,其他如生产平台、铺管船、供应船和海上起重船等都可采用,这也是它优于FPSO的主要方面.同时,能应用于多井口海底井和较大范围内卫星井的采油是它的另一优点.另外,半潜式平台作为生产平台使用时,可使开发者于钻探出石油之后即可迅速转入采油,特别适用于深水下储量较小的石油储层(例如4～5a内采完).随着海洋开发逐渐由浅水向深水发展,它的应用将会日渐增多,诸如建立离岸较远的海上工厂、海上电站等,这对防止内陆和沿海的环境污染将有很大的好处. 目前,世界上共有半潜式生产平台40艘左右.在已知工作水深的35艘中,工作水深小于200m共9艘,占25.7%;工作水深200～500m的共15艘,占42.9%;工作水深500～1000m的共9艘,占25.7%;工作水深大于1000m的共2艘,占5.7%.由此可见,工作水深200～500m的比率接近半数[2].2艘最深水域采油的半潜式平台均属于巴西国家石油公司所有,其一是“巴油18”号,工作水深达1000m,抗风能力可适应风速为99kn,浪高≤32m,其锚泊为8点张紧锚,由锚链与钢缆相结合.其二是“巴油36”号,工作水深达1372m,是目前世界上半潜式平台最深的工作水深,可适应巴西近海百年一遇的海况条件,为16辐射张紧锚,锚为桩腿式,锚缆由高强度聚脂绳缆与锚链相结合.从半潜式平台适应风暴能力已知的21艘中,几乎均能适应百年一遇的海况条件,适应风速普遍为100～120kn,个别最低者也在85kn以上,适应浪高普遍为16～32m,个别最低者也在12m以上.半潜式平台具有适应深水采油的能力,用途广泛,其发展仅次于FPSO.1.3 张力腿平台(TLP)张力腿平台可视为半潜式平台的派生分支,是一种顺应式结构,它是由一个刚性的半潜式平台与一个弹性的系泊系统结合成的一种较新型平台.它是用系索(或钢管)将浮于海面的浮动平台与沉浸海底的锚锭(或基座)联结起来的,通过收紧系索,使浮体的吃水比静平衡浮态时大, 导致浮力大于浮体重力,该剩余浮力由系索的张力予以平衡.由于张力腿平台具有垂直系泊的某些特征,也称它为垂直锚泊式平台.为了能在较小的张力变化范围内就能限制平台的运动,平台本体采用半潜式.因此,也有称它为张紧浮力平台.从结构上一般可将其划分为5部分:平台上体、立柱、下体(含沉箱)、张力腿、锚固基础[3].通常又将平台上体、立柱、下体三部分并称为平台本体,事实上张力腿平台可以被看作一个带有张力系泊系统的半潜式平台. 张力腿平台受风、浪作用时,平台随缆索弹性变形而产生微量运动,就像有桩腿插入海底一样,所以称为张力腿.平台系统在垂直方向(垂荡、纵摇和横摇)是刚性的,在水平方向(纵荡、横荡和首摇)是柔性的,即在非张力控制方向可有一定的漂移.垂荡自然周期一般在2～4s,远低于海况的特征周期,而纵荡自然周期在100～200s,远大于海况的特征周期,从而可避免在波浪中的共振现象.又由于平台控制方向的张力对非控制方向的运动有牵制,漂移和摇摆比一般半潜式平台小,具有波浪中运动性能好、抗恶劣环境作用能力强等优点.与固定式平台相比,除了造价低以外,其抗震能力显著优于固定式,且张力腿平台在必要时还可移位,至多损失锚基和钢索,故适用于开采周期稍短的油田,在该油田开采完后,可将其移至不同地点重新安装,大大提高了其通用性和经济性,但目前还没有重新安装的经验.它的主要缺点是对重量变化敏感,有效载荷的调节有限制,在大波高的状况下,甲板载荷过大容易产生系泊索松弛现象.由于张力腿平台没有储油能力,主要用于生产平台,不能用作储油装置,在没有管路设施的地方,需要浮式油轮.1.4 独柱式平台(Spar) 为降低成本,弥补张力腿平台的不足,有人提出了Spar(见图4)的概念.最近20年在挪威海湾和墨西哥海湾都在进行大量的设计和研究工作,目前Spar已能适用于水深达3000m的环境较恶劣的海域. Spar的主体是一个大直径、大吃水的具有规则外形的浮式柱状结构.它的水线结构是敞开的,基本不提供浮力,以减少垂荡;水线以下部分为密封空心体,以提供浮力,又称浮力舱,舱底部一般装水压载或用以储油(柱内可储油也成为Spar的显著优点);中部有锚链呈悬链线状锚泊于海底,底部有系缆或系留管锚固于海底.Spar可适用于深达3000m的海域.它的优点是在波浪中比较稳定,适应于任意角度的风浪,能显著减少垂荡反应;造价低,便于安装,可以重复使用,因而对边际油田比较适用;并且它的柱体内部可储油;它的大吃水形成对立管的良好保护,同时其运动响应对水深变化不敏感,更适宜于在深水海域应用[4].Spar 兼具了张力腿平台和浮(船)式生产储运装置的特点,优越性显著.被认为是除了张力腿平台之外的另一种适用于深水的海洋平台,有望在今后得到推广.2、浮式海洋结构物的发展趋势2.13 浮式海洋结构物的发展趋势随着浮式结构物在深海油气开发中的广泛应用,不少专家和学者对深海平台开展了大量的研究,开发了几种新型系统.为提高安全性和操作性,FPSO和半潜式平台都得到了很大的发展.新式的半潜式平台的设计努力减小垂荡运动以提高其性能.老式FPSO大部分由VLCC油轮改装,近年来FPSO大多根据规范制造,这些新的FPSO船体呈长方形状以增加可用体积.杨建民等对储油量为32万t,吃水为19.49m的软刚臂塔式大型FPSO在浅水中(水深为21～26m)的运动性能进行了试验研究,其结果表明:(1)FPSO的升沉、横摇和纵摇的波频运动随着水深的减少而减少,但在水平面的低频运动则增大;(2)即使水深降低至21m 的所谓“极浅水”,FPSO也极少碰底;(3)在“极浅水”状态,FPSO 并没有随流速的增加而下沉(无吸底现象).这一研究对采用大型FPSO开发浅水油田很有意义.FPSO在今后的发展中,工作水深在逐年增加,抗风暴能力不断增强(如“RamformBanff”号工作水深达1524m,抗风暴能力为百年一遇,浪高可达16.76m);原油储存能力增大,船的主尺度和载重吨位提高;原油、生产水的处理能力增强;立管型式增多,除大量使用挠性立管外,也可采用刚性立管;锚泊能力和动力配置能力增大,动力定位技术也有了新的发展,适应海况能力增强.FPSO因其在整体技术上的完善和提高,体现出优越的性能特点和较高的商业价值,从其近年来的发展趋势来看,在深海采油领域中,FPSO正迎来其广泛应用的黄金时期,它已成为浮式结构物中极具发展潜力的一种结构形式,前景极为广阔.Spar的研究重点已转移到保持其运动性能而不增加主体与水线上部重量之比上.提出了一种复合概念——TrussSpar.TrussSpar上部的圆柱箱体提供浮力,12～16根悬链线锚链保持位置,圆柱箱体下面桁架结构提供纵向强度.TrussSpar是一种典型的复合结构,由于其重量轻、易移动和可重复使用的特点,可用于深水的边际油田.TLP作为一种深海理想的平台型式得到了广泛的重视和发展,主要表现在以下几个方面:工作水深在逐年增加;建造成本得到降低,进一步提高了其经济性;注重多次重复实用性,对可移动性的研究取得了很大进展;由单一的井口生产平台向深海工作站发展,在所在地区形成一个以TLP 为核心的油气开发群.根据我国海上油田的分布特点,100～500m左右中等水深范围是一个很有开发潜力的海域,因此对浅海和中深水海域的浮式结构物的研究成为我国海洋工程的研究重点.针对边际油田和偏远油田,李润培等提出了一种适应中深水海域的轻型张力腿平台(miniTLP)概念.这种平台的浮力舱置于水下,浮力舱上竖立的空间刚架支承着平台甲板及其上的设备,浮力舱下端用四组钢管张力腿平台固定于海底,张力腿与海底的连接用筒型基础(吸力锚).对这种平台在100～500m水深范围内的理论与试验研究表明:这种平台有良好的运动性能,完全能满足海上油气开发对平台运动的要求.以120m 水深为例,其造价低于相应的导管架平台,随着水深的增加,其在造价上的优势更加明显.这种平台将是中深水边际油田开发的一种很有潜力的平台形式.由于TLP在整体技术上更加完善和提高,在今后的发展中向着更深、更广阔的水域进军,必将超出海洋油气开发的范畴而应用到更广泛的领域中去.4 结束语我国的海岸线辽阔，海洋资源十分丰富，浮式海洋工程结构物对于我国新世界海洋开发具有十分重要的战略意义。

FPSO的主要特点分析

FPSO的主要特点分析摘要：FPSO是浮式生产储油系统的英文缩写，概括的说，它仍然是属于一类油船，但兼有生产、储油和卸油的功能。

它在海上与钻井平台、水下装置和穿梭油船一起组成了一套完整的海上油气生产系统，属于目前海洋工程船舶中的高技术和高附加值产品。

文章结合中海油系统内现服役的主要FPSO船来分析其主要特点。

关键词：FPSO（浮式生产储油系统）；双层底和双舷；软钢臂式；内转塔式；模块支墩历史将会铭记1976年的一天，壳牌石油公司用一艘59 000 t的旧油轮改装成的世界上第一艘FPSO正式下水，并于1977年将其应用在地中海卡斯特利翁油田（西班牙近海）。

从此FPSO正式登上了新兴的海洋油气开发的舞台。

FPSO海工结构诞生至今不过30余年，但由于FPSO具有储油多、投资省、可转移等优点，得到了迅猛发展。

1989年7月，国内第一艘FPSO渤海“友谊号”正式完工并投入运营，这艘FPSO是由708研究所设计、上海沪东中华船厂建造，服役于渤海区域。

我国海油系统内目前正在服役的FPSO见表1，本表格基本囊括了在中国海域内工作的FPSO，特别是其中的大型FPSO，几乎都是近10年内建造和发展起来的。

1 FPSO的主要特点FPSO船体结构的基本组成与油船没有本质的区别，但是由于FPSO服役期间的工作特点和所处的环境不同，在结构形式上与常规油船又有一定的差别。

FPSO具有以下特点：①兼有生产和储备的作用，是一座海上油气加工厂，具有小至几千立方米，大到几百万立方米的油气处理能力。

②是一座储油轮，目前世界上正在服役的FPSO，其储油能力已达35万t。

③适应能力强，可在20～1 000 m水深范围内工作。

④可省去外输海底管道，用穿梭油轮将商品油运往外地。

⑤由于FPSO主要作为油田的长期储油设备，所以需要有很大的储油空间，因此其船长、船宽和方形系数都很大，并且平行中体所占船长的比例较大。

⑥FPSO长期工作于定位海域，通常没有航行的必要。

新型对接棱台状FPSO的浮体参数和水动力分析

新型对接棱台状FPSO的浮体参数和水动力分析王文华;姚宇鑫;黄一;叶茂生【摘要】In order to solve the performance limitations of traditional ship-type and prismatic FPSO, a novel concept of docking pyramidal FPSO is presented. For the new floating body, five independent shape parameters are presented to decide the geometry of floating body and also affect the basic functions and hydrodynamic performance of FPSO. Then boundary element method based on potential flow theory is applied to analyze the motion response of docking pyramidal floating body in wave. Furthermore, the effect of shape parameters on the hydrodynamic performance of FPSO is qualitatively studied, and the design guideline of the new floating body is also proposed to improve the heave motion performance based on wave potential flow theory and engineering approximate method. Finally, the new floating body can be designed according to the basic functions of an octagon FPSO, and the comparison results show the performance advantages of docking pyramidal FPSO and the rationality of design principle in this paper provide effective engineering equipment and solutions for deep-water oil and gas development.%为解决传统船型和棱柱筒状FPSO的性能局限,提出一种具有对接棱台状浮式主体的新概念FPSO.根据所研发的新型对接棱台状浮体模型,确定了能够反映浮体几何形状、FPSO基本功能和水动力性能的5个相互独立的外形参数.然后,采用基于频域势流理论的边界元数值模拟方法研究了新型对接棱台状浮体在波浪中的运动响应,并且定性分析了不同浮体外形参数(下倾角、水线面外接圆半径等)对浮体水动力性能的影响.最后,根据频域势流理论和工程近似方法,分析并概括出基于垂荡运动性能的新型浮体设计准则和方案.在此基础上,结合某棱柱型FPSO的基本功能(载重量、排水量、储油空间、上甲板面积的设计值) ,完成新型FPSO的主浮体设计.通过性能比较,证明了对接棱台状FPSO的水动力性能优势和设计方案有效合理性,以期能够为深水油气开发提供一种有效的新型工程装备和解决方案.【期刊名称】《哈尔滨工业大学学报》【年(卷),期】2015(047)010【总页数】6页(P76-81)【关键词】对接棱台状浮体模型;外形参数;下倾角;水线面外接圆半径;水动力性能【作者】王文华;姚宇鑫;黄一;叶茂生【作者单位】大连理工大学船舶工程学院, 116024 辽宁大连;大连理工大学船舶工程学院, 116024 辽宁大连;大连理工大学船舶工程学院, 116024 辽宁大连;大连理工大学船舶工程学院, 116024 辽宁大连【正文语种】中文【中图分类】P751随着海洋油气的开采逐渐向环境恶劣的深海发展，在深水油气田开发模式中，FPSO以其储油量大、承载能力强、适应水深范围广等优点已经成为必不可少的重要环节.FPSO作为一种集生产、储油、外输、生活、动力于一体的多功能采油设施，有着广阔的应用前景［1－3］.但是，传统船型和棱柱状FPSO的性能存在以下不足［4－5］：传统船型FPSO对波浪的作用方向非常敏感，在深海环境载荷和单点系泊系统的联合影响下，FPSO经常会处于斜（横）向迎浪的状态，从而导致垂荡和横摇运动性能较差；船首长期暴露在波浪作用下，并且纵向尺度较大，因此甲板上浪现象比较普遍且危害很大；在深海环境载荷作用下，会产生频繁的首摇运动，从而严重磨损内转塔和流体接头.中海油公司设计的新概念八角棱柱状FPSO的性能虽然有所改善，但是还具有一些性能局限：浮体垂荡运动幅度较大；甲板面积较小，居住和工作空间太近，不利于危险区与非危险区分离；容易引发涡激振动.其中，垂荡是浮体非常重要的运动性能，直接影响到FPSO的甲板上浪和FDPSO的钻井功能.因此，以提高垂荡运动性能为主要目标，并且兼顾抑制涡激振动和增大甲板面积，本文提出一种具有对接棱台状浮式主体的新概念FPSO.与钻采平台相比具有较大的储油空间，与船型和棱柱状FPSO相比又具有较好的运动性能、较强的极端海洋环境适应能力以及很高的作业有效性和安全性.能够广泛适用于深海和浅海的各种海洋环境，有利于实现各种海域大规模油气的多功能一体化，具有较好经济效益［6－9］.此外，新概念采用了一种名为“一种浮式平台及其装卸载过程中保持浮态和稳性控制方法”的专利技术，使得新概念在装卸载过程中排水量和吃水恒定，始终具备最佳水动力性能［10］.为了能够给新型对接棱台状FPSO的主浮体外形设计提供参考依据和准则，本文根据所研发的新型对接棱台状浮体模型，确定了能够反映浮体几何形状、FPSO基本功能和水动力性能的5个相互独立的外形参数.然后，采用基于频域势流理论的边界元数值模拟方法研究了新型对接棱台状浮体在波浪中的运动响应，并且定性分析了不同浮体外形参数（下倾角、水线面外接圆半径等）对浮体水动力性能的影响，并且进一步定量推导出基于垂荡运动性能的浮体外形设计准则，制定出新型FPSO 的设计方案.在此基础上，结合某棱柱状FPSO的基本功能，完成新型对接棱台状FPSO的主浮体设计.此外，通过进行模型性能对比，分析了新型FPSO具有的水动力性能优势.新型FPSO的主浮体为对接棱台状结构，该浮体外形主要有如下参数：水线面外接圆半径RW，上甲板外接圆半径RT，下底面外接圆半径RB，干舷f，吃水d，下倾角α、上倾角β、水线面以上体积VT，水线面以下排水体积VB，如图1所示.其中，根据参数间几何关系可以确定，对接棱台状浮体相互独立的参数共有5个.这里根据设计初期的需要选择参数VB、VT、RT、RW和α确定主浮体外形，从而决定FPSO的功用和性能.其中，首先根据FPSO的基本性能要求（设计储油量、排水量、储油空间和上甲板面积等），选择合适的VB、VT和RT；其次通过调整能够决定水下浮体形状的两个参数RW和α，来实现对FPSO水动力性能的优化设计.因此，本文主要研究参数RW和α的变化对FPSO水动力性能的影响.这里，以PL19－3油田的30万t超大型FPSO为参考，基于软件AQWA建立新型对接棱台状FPSO主浮体的网格模型图（如图2所示）.在此网格模型的基础上，分析外形参数对其水动力性能的影响［11－12］.2.1 不同α对新型浮体模型水动力性能的影响首先，在水线面以上体积、上甲板外接圆半径、排水体积和水线面外接圆半径一定的情况下（VT＝136 304.46 m3、RT＝59.30 m、VB＝367 151.22 m3、RW＝40.00 m），建立不同下倾角α（40°～60°）的浮体模型，将计算所得纵荡运动、纵摇运动、纵向平均波浪漂移力和垂荡运动性能分别展示如图3所示.从图3（a）中可以看出，在ω＜0.2的区间内，纵荡运动响应直线下降至1.0以下，变化趋势极为剧烈，并且不同下倾角模型对应的纵荡RAO基本相同；在0.2＜ω＜0.8的区间内纵荡运动RAO逐渐减小，直至ω＝0.8附近趋近于零.其中，在波浪能量集中频率段（0.35＜ω＜0.60）中，下倾角越小的浮体模型纵荡运动响应RAO越大.在图3（b）中，纵摇运动响应在0＜ω＜0.7时呈抛物线变化，在ω＝0.4～0.5附近达到峰值，并且随下倾角的减小而增大；在ω＞0.6的区间，纵摇运动响应出现周期性振荡衰减变化趋势.在图3（c）中，在ω＜0.4的区间内，纵荡平均波浪力几乎为零，然后在ω＝0.4附近直线上升，到最大值后开始振荡衰减.其中，最大的平均波浪漂移力随着浮体模型的下倾角变小而增大.从图3中可以看出，外形参数α对浮体纵向水动力性能的影响比较明显；α越小，在波谱高能频带的纵摇运动、纵荡运动和平均漂移力的响应幅值越显著.此外，从图3（d）中可以看出，只在固有频率附近才有非常窄的垂荡RAO峰值带宽，而在两侧RAO会急剧下降.在频率较小的一侧，垂荡运动响应变化比较平稳，约为1.0.然而，在频率较大的一侧，垂荡运动RAO由最小值快速增大到峰值后缓慢下降，此处峰值远远小于固有频率处的RAO最大值.因此，如果将浮体垂荡固有周期设计为远离波浪能量峰值区域，那么新型FPSO就会具有较好的垂荡运动性能.此外，浮体模型α越小，垂荡运动附加质量越大，则垂荡运动的固有频率越小，越可能远离波谱高能频带；但是，在固有频率已经远离波浪高能频带的前提下，继续减小α，则最小值右侧的峰值反而会变大，从而增大新型浮体在波浪中的垂荡运动幅值.因此，通过改变α可以控制浮体垂荡运动固有周期，将其设计为远离波浪能量峰值区域，可以达到提高垂荡运动性能的目的.2.2 不同RW对新型浮体模型水动力性能的影响在水线面以上体积VT、上甲板外接圆半径RT、排水体积VB和水线面外接圆半径RW一定的情况下（VT＝136 304.46 m3、RT＝59.30 m、VB＝367 151.22 m3、α＝47.27°），建立不同水线面半径RW（30～50 m）的浮体模型，将计算所得纵荡运动、纵摇运动、纵向平均波浪漂移力和垂荡运动性能分别展示如图4所示. 如图4（a）～（c）所示，浮体模型的纵荡和纵摇运动响应，以及纵荡平均漂移力会受到水线面半径的影响，但是影响程度各不相同.其中，水线面半径越小，纵荡和纵摇运动响应越小，但是彼此相差不是很明显，因此在设计中可以不予考虑.但是水线面半径对纵荡平均漂移力的作用效果比较显著，水线面半径越小，则对应的平均漂移力幅值越小.此外，从图4（d）中可以看出，随着浮体模型的水线面半径逐渐增加，垂荡运动的固有频率越大，越可能靠近波浪能量峰值区域.所以，同样可以通过改变水线面半径，来控制浮体垂荡运动固有频率，进而达到提高垂荡运动性能的目的.3.1 新型对接棱台状浮体的垂荡运动响应为了进一步定量地分析α、RW与浮体垂荡运动响应的影响，这里采用频域势流理论，参考文献［13－15］，对新型浮体所受波浪入射和绕射力进行推导，得到工程近似估算公式为：式中：δ＝（RB－RW）／RW，r0＝（RB+RW）／2；ω为波浪频率；ξ为波浪波幅；k为波数；A33为垂荡附加质量；B33为垂荡阻尼；AW为浮体水线面面积.此外，针对新型浮体模型，将由棱台底面和侧面产生的附加质量采用圆柱竖向附加质量理论值［13］进行估算，并且将外扩倾角引入可以得到用于工程的垂荡附加质量的估算公式为式中：AB为下底面面积；α为浮体下倾角.在此基础上，可以推得浮体垂荡运动响应RAO为式中：x3为浮体垂荡运动位移；K33为浮体垂荡静水回复刚度；z0＝dδ.通过分析新型浮体的垂荡运动幅值响应RAO的估算式（3），可以求得垂荡运动RAO最小值对应的频率ωmin为进一步，以P－M波浪谱为例，如果在新型浮体设计过程中控制ωmin略小于波浪谱的起始频率ωL，那么可以保证垂荡运动RAO峰值频率远离波浪高能频带，从而达到提高沙漏型浮体垂荡运动性能的目的.3.2 新型对接棱台状浮体外形的设计准则在设计初期，首先，需要根据业主的要求可以确定FPSO的储油量、载重量、排水量、储油空间和上甲板面积，从而可以确定新型浮体载重量DWT、排水量Δ、水线面以下排水体积VB、总体积、水线面以上体积VT和上甲板外接圆半径RT；其次，结合上述分析结论，通过调整水下浮体形状的两个参数水线面外接圆半径RW和下倾角α，来实现对FPSO水动力性能的优化设计，需要遵循的设计准则可以概括如下：1）遵循式（6）确定浮体外形参数，从而保证垂荡运动响应极大值频率（固有频率）远离波浪能量峰值区域，达到提高浮体垂荡运动性能的目的.2）根据浮体外形参数计算浮体初稳性高，从而保证浮体初稳性满足稳性衡量标准. 3）在满足上述1）和2）设计准则的基础上，尽量设计具有较大下倾角的浮体外形，从而保证在波谱高能频带范围内浮体具有较好的纵摇和纵荡运动性能以及遭受较小的波浪平均漂移力.4）在满足上述1）和2）设计准则的基础上，尽量设计具有较小水线面半径的浮体外形，从而保证在波谱高能频带范围内浮体遭受较小的波浪平均漂移力.最后，将整个分析流程概述如下：根据FPSO的功用和性能，确定新型浮体的DWT、Δ、VB、VT和RT.然后，选择初始浮体下倾角α和初始水线面半径RW，根据几何关系计算新型浮体所有外形参数.根据初稳性浮体外形，获得浮体初稳性高GM，判断是否满足稳性衡准.如果“否”的话，增大RW进行循环计算，直至稳性能够满足要求.然后通过求解式（5）得到垂荡运动RAO最小值对应的频率ωmin，进一步计算波浪谱的起始频率ωL，判断ωmin是否略小于ωL.如果“否”的话，减小α重新循环计算.直至满足稳性和垂荡运动性能要求，此时设计完成，可以得到新型浮体外形参数.3.3 对接八角棱台状浮体的性能分析以某八角棱柱状FPSO的主浮体模型的主尺度信息为参考，以保证稳性和提高水动力性能为目标，根据提出的设计准则和方案，进行新型对接八角棱台状浮体的外形设计，如图5所示.通过势流边界元方法数值模拟得到的各浮体模型垂荡运动响应RAO如图6所示.其中，八角棱柱状FPSO为八角棱柱状FPSO的主浮体，新型对接八角棱台状FPSO为新型对接八角棱台状浮体模型.进一步，通过谱分析法计算各种海况下两种模型的垂荡和纵摇运动平均值，将其展示如表1所示.从图6和表1中可以看出，在波浪能量峰值频率段内，八角棱柱状浮体模型的垂荡运动RAO具有较大的峰值变化，然而新型对接八角棱台状浮体模型的极大峰值位置则在波浪高能频率之外.因此，相比八角棱柱状浮体模型而言，新型浮体模型在满载状态下，遭遇任何海况都具有较好的垂荡运动性能.八角棱柱状浮体模型在频率段0.2＜ω＜0.4内具有极大的纵摇RAO峰值，所以在任何海况下新型浮体模型的纵摇性能都要优于八角棱柱状浮体模型.最后，将计算得到的完整大倾角静稳性曲线和稳性特征参数展示如图7、表2所示.从图7可看出，与八角棱柱状浮体模型相比，新型浮体模型的初稳性高在满足IMO稳性规定的前提下相对较小.随着倾角增大，新型浮体模型的回复力矩迅速增加，最大复原力矩和稳性消失角都明显大于八角棱柱状浮体模型.此外，根据静稳性曲线的形状，可以得出新型浮体模型具有较大的曲线面积，并且能够承受相对更大的极限风倾力矩.这说明新型浮体模型在具有较大纵（横）摇固有周期的前提下，同样具有较大的极限回复力矩，能够抵御更大的极限风倾力矩.因此，可以认为新型浮体模型的静稳性曲线形状较为理想，具有良好的完整大倾角稳性.本文针对新型对接棱台状FPSO外形特点，建立浮体水动力模型.采用势流边界元方法研究了不同下倾角和水线面外接圆半径对浮体运动性能的影响，制定出基于垂荡运动性能的浮体外形设计准则和方案，进一步将新概念与传统模型进行性能对比分析.通过研究发现：新型对接棱台状浮体外形设计可以使得垂荡运动RAO峰值远离波谱高能频带，并且能够大幅度地增大纵摇附加质量和阻尼，从而有效地提高FPSO的垂荡和纵摇运动性能.尤其，在波浪作用下新型浮体模型垂荡运动幅值至少降为1／2以下.此外，新型浮体模型在具有较大纵摇固有周期的前提下，具有较大的极限回复力矩，能够抵御更大的极限风倾力矩.因此，本文提出的新型浮式主体设计方案是有效合理的，能够显著地提高FPSO 的垂荡、纵摇（横）运动性能和稳性，从而可以大幅度地提高FPSO在工作工况下的作业效率和自存工况下的安全性，为深水油气开发提供一种有效的新型工程装备和解决方案.【相关文献】［1］SHIMAMURA Y.FPSO／FSO：state of the art［J］.Journal of Marine Science and Technology，2002，7（2）：59－70.［2］MA Yu，HU Zhiqiang，QU Yan，et al.Research on the characteristics and fundamental mechanism of a newly discovered phenomenon of a single moored FPSO in the South China Sea［J］.Ocean Engineering，2013，59（1）：274－284.［3］马延德.新型FPSO发展趋势及设计［C］／／中国海洋油气国际峰会2010论文集.北京：中国石油石化工程研究会：2010：1－30.［4］王天英，冯永训.新概念FPSO最新研究进展［J］.船海工程，2011，40（5）：184－188. ［5］吴家鸣.FPSO的特点与现状［J］.船舶工程，2012，34（Z2）：1－4.［6］黄一，王文华，姚宇鑫，等.沙漏型海洋工程浮式结构物：ZL201220526277.4［P］.2013－05－08.［7］黄一，王文华，姚宇鑫，等.对接圆台式浮式生产储油系统：ZL201220526712.3［P］.2013－04－10.［8］黄一，王文华，姚宇鑫，等.对接八角棱台式浮式生产储油系统：ZL201220526306.7［P］.2013－04－03.［9］姚宇鑫，王文华，黄一.新型沙漏式浮式生产储油系统的概念设计分析［J］.上海交通大学学报.2014，48（4）：558－564.［10］黄一，王文华，姚宇鑫，等.一种浮式平台及其装卸载过程中保持浮态和稳性控制方法：ZL201410106561.X［P］. 2014－06－04.［11］李彬彬.新型深吃水多立柱平台的水动力与运动响应研究［D］.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2011.［12］刘应中，缪国平.船舶在波浪上的运动理论［M］.上海：上海交通大学出版社，1987. ［13］SALVESEN N，TUCK E O，FALTINSEN O M.Ship motions and sea loads［J］.Trans.SNAME，1970，78（8）：250－287.［14］BANERJEEP K，BUTTERFIELD R.Boundary element methods in engineering science ［M］.London：McGraw Hill，1981.［15］FALTINSEN O M.Sea loads on ships and offshore structures［M］.UK：Cambridge University Press，1990.。

浅水立波-森弗罗理论大连理工大学水力学必考内容

12.5 浅水立波在海洋、水库等广阔水面上所发生的波浪，波高常达数米甚至更大，波陡L H /一般约为1/10~1/30。

因此水质点波动的振幅是有限值，这种波浪称有限振幅波。

当波浪向前传播遇到各种类型的建筑物时，将受到这些建筑物的反作用，并发生反射、破碎、绕流等复杂现象而改变原来波浪的运动性质。

当水深大于临界水深，行进的波浪遇到直墙式建筑物时将发生反射现象。

波浪的反射和一般横波的反射原理相同。

反射波以与原始推进波和建筑物的交角相等的反射角从建筑物的直墙面上反射出来。

在建筑物前反射波系与原始推进波系叠加而成的波系称为干涉波。

波浪与较陡的斜墙相遇或波浪越过直墙顶时墙前也要产生局部反射现象。

如果推进波属于二向自由规则波，波浪行进的方向又和建筑物直墙面相垂直，则原始推进波系和反射波系叠加形成完整的立波，见图12.5.1所示。

因此，立波是干涉波的一种特殊典型情况，但又是设计计算时必须加以考虑的重要情况之一。

本节将介绍有限振幅立波的基本运动规律和作用在直墙上的波压力。

图12.5.1 原始推进波和反射波叠加形成立波两个具有完全相同的波高、波长和波周期的原始有限振幅推进波与其在直墙前产生的反射波互相叠加形成了立波。

叠加后立波的最大振幅为原始推进波的二倍，而波长和波周期则不变。

在直墙面上和离直墙2Ln （n 为正整数）处，波面反复升降交替出现波峰和波谷，这些点称为波腹；在离直墙42LL n处，波面几乎没有升降，只是波面的倾斜度发生周期性的变化，这些点称为波节。

立波的波形不再向前移动，而是在波节之间的波面呈周期性的上下升降运动，所以称为立波或驻波。

立波的水质点运动轨迹不再是封闭曲线而是一段抛物线，抛物线的主轴铅直向下，线形弯曲向上，每个水质点只在抛物线的一段距离上往复摆动。

图12.5.2 浅水立波水质点的运动轨迹，为一抛物线立波水质点的运动情况如图12.5.2所示。

设墙前波面通过静水面时某水质点位于O 点，当墙前波面上升出现最大波峰时，该水质点上升至最高位置O '点；当墙前波面下降出现最大波谷时，该水质点下降至最低位置O ''点。

重力坝浪压力计算

浪压力计算
水库表面波浪对建筑物产生的拍击力叫浪压力。

浪压力的影响因素较多，是动态变化的，可取不利情况计算。

当坝前水深大于半波长，即H ＞2
L 时，波浪运动不受库底的约束，这样条件下的波浪称为深水波。

水深小于半波长而大于临界水深H cr ，即L /2＞H ＞H cr 时，波浪运动受到库底的影响，称为浅水波。

水深小于临界水深，即H ＜H cr 时，波浪发生破碎，称为破碎波。

临界水深H cr 的计算公式为
)22ln(41%
%1h L h L L H cr πππ-+= （1）三种波态情况的浪压力分布不同，浪压力计算公式如下：
（1）深水波。

见图1（a ）
图1 波浪压力分布
（a ）深水波；（b ）浅水波；（c ）破碎波
)(41%w Z L h h L
P +=γ （kN/m ）（2）
式中L 、h 1%、h Z ——分别按（1-3）、（1-2）、（1-4）式计算。

注意算出h l 应换算成h 1%。

对于其它建筑物如水闸应根据其级别换算成相应的超值累积频率
21γγL
H π22）。

（3）破碎波。

见图1（c ）， 2
0P γ2）； K 0——系数，为建筑物前底坡影响系数，与i 有关，见表1。

表1 河底坡i 对应的K 0值。

浅水波理论及其在海洋工程中的应用研究

浅水波理论及其在海洋工程中的应用研究引言海洋工程是以海洋为工作环境，利用海洋空间资源进行建设、开发、利用和保护的一种综合性技术领域。

其中，波浪理论是海洋工程中至关重要的一部分，而浅水波理论则是其中的一个重要分支。

本文将从浅水波的定义、特征、传播方式、相互作用以及在海洋工程中的应用等几个方面探讨浅水波理论及其在海洋工程中的应用研究。

一、浅水波的定义和特征浅水波是指当波浪传播时，波长远大于水深的情况下，波浪的特征。

在一定条件下，海波可划分为深水波和浅水波。

浅水波的波速比深水波的波速要小，波长比深水波的波长要短，而频率则比深水波高。

在浅水区，波浪的传播速度会受到水深的影响，当水深减小时，浅水波的产生会显著增强。

浅水波的特征为波高相对较大，波长相对较短，波速相对较慢。

在浅水区，波浪传播的速度会随着水深的变化而变化，而在深水区则是由于水深不变而波速也保持不变。

二、浅水波的传播方式浅水波的传播方式与深水波有所不同，主要表现为波浪的速度会随着水深的变化而变化。

在浅水区，波浪会向着水非常浅的方向发展，而在深水区，波浪则朝着水深的方向传播。

在浅水区，波浪的传播速度可以通过泊松比和水深的关系进行计算。

三、浅水波的相互作用由于浅水区波浪的传播速度受到水深的影响，波浪的相互作用也随之发生变化。

在波浪相遇的过程中，波浪之间会发生合并和干涉等现象。

当波浪传播方向相反时，两者会发生干涉，而当波浪传播方向相同时，两者会发生合并。

由于浅水波的传播过程中存在着很高的不确定性，因此在海洋工程中，需要对浅水波的理论进行深入研究，并寻找有效的途径加以控制和利用。

四、浅水波理论在海洋工程中的应用研究在海洋工程中，浅水波理论的应用极其广泛。

其中，船舶安全和船舶设计是应用浅水波理论的主要领域之一。

在设计船舶时，需要对船体在水中的运动状态进行模拟和计算，以及预测航行中可能会遇到的波浪情况，从而进行合理的设计和改进。

海岸线保护是另一个重要的领域，浅水波理论的研究可帮助确定海岸线保护措施的类型、尺寸和位置等，从而减少波浪对海岸线的破坏。

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文章编号:100529865(2005)0320001206

水深对超大型FPSO波浪载荷响应影响试验研究

谢永和1,2,李润培1,杨建民1,许劲松1(1.上海交通大学海洋工程国家重点实验室,上海　200030;2.浙江海洋学院工程学院,浙江舟山　

316004)

摘　要:随着超大型浮式生产储卸油装置FPSO(floatingproductionstoringandoffloading)在渤海浅水海域的广泛应用,水深对FP2SO波浪载荷响应的影响问题突现出来。对缩尺比为1∶100的三模块分节模型进行了水深对超大型FPSO波浪载荷响应影响的试验研究,试验结果表明水深对FPSO波浪诱导载荷的影响很大。关键词:模型试验;超大型FPSO;波浪诱导载荷;浅水海域中图分类号:P751 文献标识码:A

Experimentalstudyontheeffectsofwaterdepthonwave2inducedloadsresponseofaverylargeFPSO

XIEYong2he1,2,LIRun2pei1,YANGJian2min1,XUJin2Song1(1.StateKeyLaboratoryofOceanEngineering,ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai200030,China;2.EngineeringCollegeofZhejiangO2

ceanUniversity,Zhoushan316004,China)

Abstract:WiththewideuseofverylargeFPSOintheshallowwaterareaofBohaiBay,anewsubjectconcerningtheeffectsofwaterdepthonwave2inducedloadsresponseofFPSOappears.Inthepresentpaper,a32modulemodelexperimentwithscale1∶100isdescribed,andtheef2fectsofwaterdepthonwave2inducedloadsresponseofaverylargeFPSOarestudied.Theexperimentalresultshowsthatthewaterdepthhasasubstantialeffectonwave2inducedloads.Keywords:modeltest;verylargeFPSO;wave2inducedloads;shallowwaterarea

收稿日期:2004212209

基金项目:国家863计划重大专项资助项目(2002AA602011)作者简介:谢永和(1967-),男,浙江舟山人,副教授,博士研究生,主要从事船舶与海洋工程结构力学研究。

近年来,FPSO在海上油气开发中得到了越来越广泛的应用。大多数在渤海海域服役的FPSO工作在浅水海域。主尺度大与水深吃水比小,直接导致其船体水动力特性与深水条件下的水动力特性有较大区别。因此,对超大型FPSO在浅水中的波浪诱导载荷响应进行试验研究十分必要,通过试验研究可为浅水超大型FPSO系泊系统设计、船体疲劳寿命计算以及运动安全性评估等提供更加科学的依据[1～10]。

本文所进行的试验在于研究FPSO在特定海况下波浪诱导载荷响应随水深变化的规律。尽管船舶波浪载荷的模型试验方法经过了多年发展已相对成熟,但对于有限水深船舶波浪诱导载荷的试验研究方面开展得不多,国外也较少见到相关发表的文章。因此如何在模型试验中模拟实际海况,研究船舶可能遭受的波浪诱导载荷响应,并探讨其随水深变化规律是本试验研究的主要目的。

1　浅水超大型FPSO试验模型为了使实验结果能反映实际结构物在波浪中动力响应规律,模型和实际结构之间需要满足几何相似、水

第23卷第3期2005年8月海洋工程THEOCEANENGINEERINGVol123No13Aug.2005

α=

(1)

1.2　水动力相似条件水动力相似条件即模型和实船之间的Froude数及Strouhal数相同:

Fn=VmgLm=VpgLp,　St=VpTpLp=VmTm

(2)

从方程(1)、(2)可以得到:

VpVm=TpTm=α12,　fp

=α-12(3)

式中:α为模型缩尺比,V、L、T分别表示结构物运动速度、特征长度和运动周期,f为运动频率。1.3　结构相似条件对于实型和模型来说,它们对应点的应变相似:

MpypEpIp=MmymEmIm,　EpIpEmIm=FpL2pFmL2m=L5p

L5m

=α5(4)

式中:M、EI、y分别为垂向弯曲弯矩、弯曲刚度和某一点(考察该处的位移、应变)至结构中心线的垂直距离,

F为作用在实际结构和模型上的流体外力。注脚p和m分别代表实船和模型。模型木质,船模和实船的主要尺度见表1。表1　船模和实船的主要尺度Tab.1　Principalcharacteristicsofthetestmodel　主尺度模　型实　船两柱间长L

PP/m

2.81281

水线长L

OA/m

2.88288

型宽B/m0.6565

型深D/m0.29429.4

设计吃水T/m0.22222.20

重心纵坐标x

g/m

-0.0177-1.77

重心垂坐标y

g/m

0.112111.21

排水量Δ/kg376.33376.33×10

横摇惯性半径/m0.178317.83

纵摇惯性半径/m0.698169.81

艏摇惯性半径/m0.717871.78

在船舯处和距船艉1/4船长处将模型剖切为三段,模块之间各有0101m的间隙,用强力胶将一薄层橡胶带粘贴在船体外表面,以阻止水流进入模型两部分之间的间隙,同时确保前后两部分模型过渡流畅,试验模型见图1。模块间用铝制试验棒连接,铝棒的弯曲刚度与实船的弯曲刚度相似,铝棒上粘贴测量波浪诱导垂直弯矩和剪力的应变片,并各自组成一个惠斯通电桥,这种布局有利于进行温度和湿度补偿,以及消除横、纵向载荷对垂向弯矩和剪力的影响,应变片的粘贴方式见图2。模型两端用两根刚度很低的弹簧系泊,以限制模型的漂移。超大型FPSO在水池中的模型试验见图3。

2　试验标定将船模静置于试验水池中,先在船舯放置若干块重量成对的砝码。每次移动等重量的砝码各1块(2、3、2、3、2kg)至距离船舯为d(标定时距离设定为1m)的A、B部位,记录应变仪的读数。通过测量的m组数据绘制成My、Nz的标定曲线,应变片的标定方法与标定曲线见图4、5。试验中,中垂状态的弯矩和剪力设定为正值,中拱状态弯矩和剪力设定为负值,弯矩和剪力的正方向如图4所示。在试验件安装前进行预标定,最大标定弯矩为17.5kgm,最大标定剪力为35kg,载荷和应变仪读数之间处于严格的线性关系,确保了应变片正式标定的有效性。

2海洋工程第23卷

图2　应变片的布局Fig.2　Thearrangementofstraingauges

图3　超大型FPSO模型试验(浪向角180°)Fig.3　ModelexperimentofaverylargeFPSO(waveangle180°)

图4　应变片的标定Fig.4　Thecalibrationofstraingauges

3第3期谢永和,等:水深对超大型FPSO波浪载荷响应影响试验研究

3　试验工况试验是在上海交通大学海洋工程水池中进行。水池长50m、宽30m、水深6m;双推板大功率液压造波机,可产生规则或不规则的长峰波,最大波高可达0.5m;消波装置安装在造波机对岸,具有良好的消波性能;所有试验数据由自动采集及实时分析系统进行处理;水池设有大面积假底,水深可在0～5m范围内调节,便于进行变水深的试验研究。试验内容包括两部分,分别是在规则波和不规则波上进行浅水超大型FPSO波浪诱导载荷响应随水深变化规律的试验研究。试验工况组合见表2。表2　试验工况Tab.2　Experimentalcases水深/cm25.75,33.0,66.0,200.0

规则波波浪周期/s3.14,2.51,2.09,1.79,1.57,1.40,1.26,1.05,0.79,0.63,0.52,0.45,0.39

浪向角/(°)180

水深/cm25.75,33.0,44.0,66.0,100.0,200.0

不规则波浪向角/(°)135,180

波谱双参数PM谱

4　试验结果及分析4.1　不规则波试验分别进行了6个水深在180°与135°海况下的不规则波试验,为了节省篇幅本文只列出了水深25.75m迎浪时的试验结果。图6列出了25.75m水深不规则波的试验波谱、波浪弯矩与波浪剪力RAO的试验结果,图中圆点为迎浪情况下规则波试验所得的RAO值。从图6可以看出,当波浪频率大于0.25rad/s(波长船长比<0.9)时,规则波与不规则波试验获得的RAO值很吻合,表明在ω>0125rad/s的所有情况下存在线性关系,同时也表明具有较高的试验精度。4.2　规则波试验本文在试验过程中保持FPSO的吃水不变,通过改变试验水深获得FPSO波浪载荷在不同水深时的传递函数,探索波浪诱导载荷随水深变化的规律。文中对波浪弯矩、波浪剪力进行了无因次化处理,无因次化算子分别取为My・102/(ρgL2Bζa)与Nz・10/

(

ρgLBζ

a),其中,

ρ是海水密度,g是重力加速度,L是船长,B是船

宽,ζa是波幅。图7、图8为试验所得到的不同水深条件下船舯(断面1)波浪诱导垂向弯矩和距离船艉1/4船长处(断面2)波浪诱导垂向剪力传递函数的变化规律曲线,图中H/T为水深吃水比。由图可见,当λ/L<0.9,随着水深的减小,波浪诱导垂向弯矩和剪力幅值增大,且在极浅水情况下,波浪诱导载荷增大非常明显。然而,当λ/L>0.9并且水深吃水比小于115时,波浪载荷随水深的变化难于找出其规律性,这是因为λ/L越大,波长也越长,在所讨论的水深中入射波处于严重的非线性状态,这一点在不规则波试验中也已体