基于现场实测数据的半潜式平台运动响应分析和极值预测研究

浮式平台承受风浪流等多种海洋环境载荷作用,呈现出复杂的运动学响应状态.通过对"南海挑战号"半潜式平台的实测六自由度响应数据进行分析,采用广义极值分布建立六自由度响应的概率密度和分布模型,并通过K-S(Kolmogorov-Smirnov)检验验证了分布模型的合理性,进而开展了对该平台多年一遇重现期的六自由度响应极值预测研究.通过与平台的初始设计指标进行对比,发现平台的横荡、纵荡等五个自由度表现良好,而垂荡的响应极值超出设计指标,在现场作业中应予以注意研究成果对平台的安全作业具有辅助指导意义,可将预测结果作为极端恶劣海况下,人员提前撤离的辅助决策支持.通过更新平台的监测数据进行极值分析和预测研究可评估平台的性能变化行为.     

冰力现场量测的间接法及其数据处理程序

本文比较了冰力现场量测的直接法和间接法,针对间接量测法,提出了用于多自由度体系的、由结构加速度响应及应变响应反求冰力的反序计算法,并分别编制了两套计算机程序,一套是利用加速度响应反求冰力的;另一套是利用应变响应反求冰力的。同时,还利用渤海辽东湾JZ20-2导管架平台1:50的模型实验,证明了本文提出的用结构的加速度响应和应变响应反求冰力的计算原理和程序的正确性。     

大直径浮式结构涡激振动的数值模拟

通过数值模拟的方法研究Spar平台两自由度涡激运动,建立考虑流固耦合时Spar平台涡激运动时域数值模型,采用Matlab软件编程计算了Spar平台在不同流速下的两自由度涡激运动响应,并比较了Spar平台涡激运动时非线性阻尼对于结构的影响。通过对数值模型模拟结果的比较发现,非线性阻尼能降低Spar平台两向涡激运动响应的计算结果,尤其是当平台发生共振时,这个影响更为显著。     

桩基导管架平台在台风及海浪作用下的随机响应分析

针对南海海域特点,本文对深水导管架平台在台风和海浪作用下的随机响应作了分析研究。给出了台风风压的长期分布,分析了各种风速条件下结构的响应组成,讨论了平台在台风影响下的生存问题。采用了等效线性化和矩阵凝聚技术,根据随机振动理论,可以求得平台结构的位移和内力响应,为深水导管架的设计及动力分析,提供了一个简单可靠的计算模型、计算方法和计算程序。     

多自由度减震结构体系分析

本文对多自由度减震结构体系建立了数学模型，进行了力学分析，给出了完整的计算方法。另外还对正弦激励和一般地震波作用下的响应进行了减震效果分析。     

考虑多种非线性因素的张力腿平台动力响应

建立了一种考虑多种非线性因素的张力腿平台(TLP)分析模型,其中包括六自由度有限位移,各自由度之间的耦合,瞬时湿表面,瞬时位置,自由表面效应及粘性力等因素引起的非线性。推导出TLP六自由度非线性运动方程。对某典型张力腿平台ISSC TLP进行了时域上的数值计算,求得该平台在规则波作用下的六自由度运动响应。用退化到线性范围的解与已有解进行了对比,吻合良好。数值结果表明,综合考虑非线性因素后响应明显改变,建议在设计TLP平台的时候,考虑非线性因素的影响。     

中等水深轻型张力腿井口平台运动研究

本文提出了一种中等水深轻型张力腿井口平台的型式。研究了该种型式平台的六个自由度的运动响应以及所受到的波浪力、二阶漂移力、系索回复力和系索张力等特性。分析了平台运动响应与水深以及系索预张力大小的关系。文中得出的结论可供张力腿初步设计时参考。     

基于EMD-LSTM模型半潜平台运动极短期预报

半潜平台在复杂海洋环境作用下,会发生不规则的六自由度运动响应。这种平台运动的不规则性和随机性对平台作业、栈桥控制以及直升机起落等造成极大的不确定和未知风险。因此,在极短期内准确快速预报平台运动响应对深海浮式平台作业和设备安全具有重要的实际意义。然而目前针对浮式平台运动响应的计算主要是基于势流理论,对确定波浪激励下的平台一阶运动和二阶慢漂运动进行求解,计算的时效性不能满足实际需求。此外,还需要对入射波浪时历进行准确预报,导致平台运动响应准确计算更加困难。针对上述难题,提出了基于EMD-LSTM模型进行平台运动极短期预报的方法。该方法以半潜平台模型试验数据为研究对象,首先对平台运动响应的时间序列进行预处理,接着采用经验模态分解算法(EMD)将时间序列分解成相对平稳的分量,再利用长短期记忆(LSTM)神经网络可以处理复杂非线性长时间序列的优点,对时间序列进行训练预测,最后进行仿真,同时与传统LSTM模型与EMD-BP模型进行对比,仿真结果表明基于EMD-LSTM模型的平台极短期预报方法精度较高,该方法是可行的,具有工程应用的实际意义。     

海洋平台简化模型与系统参数的试验修正

利用动柔度法来进行桩基导管架平台损伤部位诊断,需要有一个能真实地反映原始平台动力特性的模型作为比较的基准。一般可用设计过程中的有限元模型作基准,但由于材料、工艺等因素,其有限元刚度阵特别是接头刚度很难准确地确定,故需通过模态实验来修正计算模型。通常,实测模志均少于测量自由度数,更远小于有限元自由度数。为了使测点与有限元分析自由度相对应,本文提出一种计算方法,将结构分为主、次自由度,主自由度对应测试点,用凝聚得到简化模型,并对简化模型的特征解进行灵敏度分析,利用实验测得的模态来修正有限元值,从而得到一个能够正确地反映结构特性的较为精确的有限元计算模型,然后,利用广义动柔度法检测损伤位置,提出一种确定损伤位置的计算方法。在文中给出了二层框架的计算和实验结果以及修正参数和二层框架损伤位置的确定。结果表明,利用实验模态修正计算数学模型,该方法是一种可行的途径。     

半潜式平台结构设计分析的工程系统—OSAS-3

合理地设计半潜式平台结构,使它具有所期望的优异性能和安全性,需要有能分析计算平台的运动响应、结构响应及其统计预报的程序系统。本文介绍的“OSAS—3”程序系统就是具有这些功能的系统,它不仅能计算平台的运动响应、结构响应和预报分析,而且还能进行定常外力计算和设计波法的结构强度校核计算。文中介绍了计算机程序系统、特征和理论计算方法的概要。这个程序系统和国外主要船级社的同类系统具有同样的基本计算功能,经与国外同类程序比较,其相应的计算结果吻合得很好。     

海上浮式风机在支撑平台运动影响下的气动特性研究

浮式风机的平台作为支撑系统,其六自由度刚体运动响应决定上层风机的运动状态,也影响叶轮的环境载荷。叶轮的运动使周围流场变得复杂,叶片承受着非定常的气动载荷。研究中考虑叶片结构的运动,将基于定常流场的叶素动量理论用于局部叶素的气动分析,考虑偏航模型,充分模拟气流与叶轮的相互作用。在给定平台各个自由度运动下,计算叶轮气动参数,分析平台运动带来的影响,从入流速度方面探究引起气动载荷变化的本质原因。研究发现,叶轮气动性能和转动轴的方向有关,若平台运动改变转动轴方向,会引起气动载荷以多倍于叶轮旋转的频率发生周期变化,平台转动自由度的运动对叶轮气动性能影响显著。     

海洋平台结构动力响应优化设计与灵敏度分析

研究了海洋平台结构动力响应优化设计以结构动力响应的灵敏度计算方法。给出了结构稳态频率响应和瞬态时程响应的灵敏度分析算法，并通过数值试验讨论了瞬态响应灵敏度分析算法的精度和差分法中变量摄动量的影响。在JIFEX软件中实现了结构动力响应灵敏度计算，建立海洋平台结构优化模型和求解方法。数值算例表明了本文方法和程序的有效性。     

海冰的动力作用和冰力谱

频谱特性和自激特性是海冰动力作用的两个最主要的特性。海冰的频谱特性集中反映在冰力谱上,它是海冰的固有属性,所以在由冰振时结构的动力响应反求冰力谱时,一定要消除用于测冰的结构动力特性的影响。本文分别由单自由度体系结构和多自由度体系结构上的位移响应和应变响应反求了渤海湾和辽东湾的冰力谱,求出的冰力谱可在分析冰振机理的各种理论中用来确定海冰的频谱特性。     

平稳过滤白噪声激励下海洋桩基平台响应分析

本文研究了平稳过滤白噪声激励下海洋桩基平台响应分析方法，该方法将强地面运动视为三向平稳过滤白噪声随机过程，应用留数定理推导出积分平台响应的表达式。对一水深为１１４．３ｍ的海洋桩基平台进行了平稳过滤白噪声激励下响应的计算，其成果与平稳白噪声激励下的响应和响应谱法计算结果进行了对比，并得出了相应的结论。     

直立式水下驻留平台座底稳定性分析

建立了适用于大攻角状态的水下平台六自由度数学模型,使用四元数替代欧拉角描述平台姿态,以消除某些特殊情况下因平台姿态变化或个别欧拉角不确定性导致的运动方程奇异现象。 基于弹性力学相关理论建立符合海底真实物理特性的弹塑性数值模型,将座底平台-海底间交互作用与平台空间运动模型相结合,预报直立式平台座底驻留后对海流作用的运动响应,分析平台座底稳定性,为后续设计提供参考。     

不同运动自由度组合串列双圆柱涡激振动数值模拟

基于自主研发的紧致插值曲线CIP (Constrained Interpolation Profile)方法数学模型,对均匀来流条件时不同运动自由度组合下的串列双圆柱涡激振动问题开展二维数值模拟。模型针对雷诺数Re=100,质量比m*=2的串列双圆柱涡激振动问题,选取上、下游圆柱不同运动自由度组合工况进行模拟。重点分析圆柱的升阻力系数、运动位移随折合速度Ur变化的响应。研究表明:当上游圆柱双自由度运动时,随着下游圆柱运动自由度的增加,下游圆柱对上游圆柱涡激振动响应的影响减弱;当下游圆柱双自由度运动时,随着上游圆柱运动自由度的增加,上游圆柱对下游圆柱涡激振动响应的影响变强。研究结果表明圆柱运动自由度组合形式对串列双圆柱涡激振动的影响不可忽略。     

内孤立波下深水半潜式平台系统动力响应研究

我国南海海域海洋环境条件复杂且海水密度垂直层化现象显著,内孤立波活动频繁,因内孤立波而造成海洋开采平台破坏的案例屡见不鲜。依托水动力计算软件AQWA二次开发功能,采用Kdv方程,借助Fortran语言将深水半潜式平台立柱、浮箱、系泊系统3部分的内孤立波作用力叠加到外力项中,联合求解半潜式平台的6自由度动力响应特性。数值模拟结果表明,在内孤立波作用下,半潜式平台的运动及系泊线张力均受到了显著的影响。在不考虑系泊系统受内孤立波作用时,平台在纵荡和横荡方向上产生较大的漂移运动,最大偏移量较无内孤立波情况下增加了8倍;系泊线最大张力提高了17%,增加了系泊线断裂的风险。在考虑系泊系统受内孤立波作用时,平台的纵荡和横荡运动响应在原响应基础上继续提高15%,但是系泊线张力变化不大。内孤立波不同浪向下的平台纵荡和横荡响应相差也很明显;系泊系统合力在不同方向上的大小决定了平台不同方向上运动的大小。     

半潜式浮式风机支撑平台首摇运动特性分析

借助FAST软件对OC4半潜式浮式风机平台进行数值计算,分析了影响海上浮式风机平台首摇运动的一系列重要因素及其变化规律(如风向变化、浪向变化、陀螺力矩等)。研究了平台首摇运动所诱导的风机系统动力响应,发现浮式风机首摇运动不仅会加剧平台耦合运动响应,而且还会影响风机的气动性能和加剧锚泊张力波动。提出并探讨了几种减小海上浮式风机支撑平台首摇运动的方法。     

锥体导管架海洋平台冰激结构振动响应分析

渤海冰区油气开发中,在桩腿上安装抗冰锥体的导管架平台是最常见的结构形式.冰激结构振动不仅会造成平台结构的损伤,还将对平台上部管线和设备的安全运行构成极大的威胁,并影响平台作业人员的正常生活和生产操作.针对渤海冰区锥体平台结构冰激振动响应的三种计算方法进行了研究,即平台结构的有限元分析、简化的结构动力分析和冰振响应幅值统计分析.以辽东湾JZ20-2油气田的MUQ平台为例,对以上三种冰振响应计算方法进行对比,以讨论它们的一致性和各自的适用条件.结果表明,这三种分析方法的计算结果基本一致,但有些计算参数需要现场实测资料的确定.     

海洋平台上储油罐地震反应计算

海洋平台上储罐的设计和计算以往都采用陆地上储罐的计算方法,这与实际情况有很大差别,也有人将储罐和内储液做为整个刚体来进行动力分析,这显然也是不合适的。本文将储罐及平台的结构体系简化成双自由度体系,用反应谱方法计算其地震反应,并建议了适合工程计算的简化方法。