随机波作用下半潜式超大型海上浮式基地时域动力响应简化计算方法

基于半潜式超大型浮式结构"刚性模块-柔性连接构件"计算模型,以其中典型的移动式海上基地(Mobile Offshore Base,MOB)作为对象,研究该结构时域动力响应的简化计算方法。经理论推导得到D'Alembert动力学平衡方程中MOB运动的各水动力系数矩阵、波浪激励力矩阵及连接构件约束力矩阵内各系数的简易计算公式。以"三模块模型"MOB为例,探讨其在6级海况浪向角在0°~90°变化时,各模块的动力响应位移随时间的变化规律,并统计其最大值与文献资料中的实测结果进行对比。经研究表明:运用本文理论模型和简化算法的数值计算结果与文献中的实测数据能够相互吻合,可验证本算法的正确性、可行性与合理性,研究成果可为半潜式超大型浮式结构动力响应分析提供一定的理论支撑。     

半潜式超大型浮式结构水动力系数研究

以半潜式超大型浮式结构在动力响应分析中的各水动力系数为研究对象,经理论推导得到D’Alembert动力学方程中的移动式海上基地(MOB)单模块运动的结构质量、结构附加质量、静恢复力系数的简易计算公式。以MOB的"三模块模型"为例,研究其在6级海况浪向角为0°~90°条件下,各模块的附加质量系数及静恢复力系数的历时规律,以实例MOB中的第1个模块为代表展示了计算结果,并统计其最大值与文献资料中的结果进行对比。结果表明:运用本理论公式计算的结果与文献中所得结果相似,可验证本理论公式的正确性、可行性与合理性,为求解半潜式超大型浮式结构模块动力响应位移及转角提供简便的方法。     

半潜式超大浮体连接器动力特性的一种时间序列分析方法

根据刚性模块弹性连接器 (RMFC)假设研究由 3个模块连接而成的半潜式超大浮体MobileOffshoreBase(MOB)的波浪载荷动力响应。模块和连接器动力响应根据时间序列法计算 ,这种方法包括海况模拟 ,波浪载荷计算和结构响应计算三个主要部分。通过对结构的适当简化 ,根据Airy波理论 ,Morrison公式以及流体中的结构运动方程、弹性连接器变形方程 ,计算求得MOB在不规则海况下的动力响应 ,并将其与相关文献中的结果进行比较 ,表明该方法有良好的精确性     

混合模块大型浮式结构系统耦合动力响应分析

针对具有天然岛礁庇护或人工庇护的温和海洋环境,提出了一种混合模块大型浮式结构系统,即水动力性能更优的半潜式模块作为内侧主模块,消波效果更优的箱式模块作为外侧浮式防波模块和波浪能发电模块.波浪能装置利用外侧箱式模块与内侧半潜式模块的相对纵摇运动进行发电.考虑模块间多体水动力耦合效应和连接器机械耦合效应,基于ANSYS-AQWA程序重点研究了典型海况下混合5模块串联浮式结构系统的动力响应特征.结果表明,外侧箱式模块和波浪能发电装置能有效减弱内侧半潜式主模块运动响应、连接器动力响应和系泊缆绳张力,并且提供一定的能源供给.所得研究成果可为模块化超大型浮式结构系统的防波—发电集成系统设计提供参考.     

移动式海上基地(MOB)连接器动力响应试验研究

移动式海上基地(Mobile Offishore Base，MOB)是由若干半潜模块相连而成的超大型浮式结构物。在进行海上作业时，模块间的连接器将会产生巨大的载荷。用缩尺比为1：100的三模块MOB模型在实验室进行了连接器动力响应试验研究。文中对试验的关键问题，如连接器模型的设计、制作、安装、试验工况的确定和测试方法等作了较详细的介绍。     

超大型和大型半潜浮式海上风力机动力响应对比

以超大型风力机(DTU 10 MW)为研究对象,对现有的大型(NREL 5 MW)无撑杆半潜浮式风力机支撑平台进行放大设计,用于支撑超大型风力机,基于气动-水动-伺服-弹性全耦合计算模型,根据设定的典型工况,使用FAST软件对超大型和大型无撑杆的半潜浮式风力机系统进行时域耦合分析,并依据计算结果对超大型和大型浮式风力机系统的运动响应和结构动力反应等特性进行对比分析。研究发现:半潜浮式风力机大型化后,气动荷载效应对风力机系统的激励作用更为突出,使得浮式平台运动由风荷载激励的低频共振反应比例增大,波频运动比例减小,这也导致由浮式平台低频运动激励的锚链张力反应增大。此外,高倍的飞轮转动频率对大型半潜浮式风力机叶片、塔架结构的激励作用较超大型半潜浮式风力机更为显著。     

畸形波作用下半潜浮式风机系泊失效停机响应分析

半潜浮式风机逐渐在深海风电开发中受到关注,建立风机、平台与系泊结构耦合数值计算模型,通过FAST与AQWA链接进行风机塔基荷载及平台运动响应相互耦合传递,基于随机波与极限波组合模型生成畸形波时程序列,进行半潜浮式风机系泊失效全过程时域模拟计算分析,得出系泊锚链张力、风机、塔筒和平台运动时程响应,探究系泊失效、风机停机和叶片变桨速率对浮式风机平台系泊结构动力响应的影响。结果表明：畸形波作用下浮式平台和系泊结构动力响应显著,系泊失效导致塔基剪力增加,平台纵荡和纵摇运动响应显著增大;风机停机会引起系泊锚链张力显著减小,转子推力、塔基剪力和叶尖挥舞位移响应逐渐衰减,平台纵荡、纵摇和横摇运动响应显著减小;随着叶片变桨速率增加,风机转子推力和塔基剪力波动幅值增大。     

台风海况下半潜式钻井平台动力性能监测与分析

半潜式钻井平台在海洋油气资源开发中发挥着重要作用,目前主要采用模型试验和数值模拟方法对其动力性能进行研究,非常缺乏台风等极端海况下半潜式平台动力响应的实海域监测数据。以某半潜式钻井平台为研究对象,构建了一套比较完善的平台动力性能监测系统,并对台风“杜苏芮”过境阶段的监测数据进行了分析。根据平台艏部气隙及运动监测数据推算了平台吃水及环境波高;采用随机波浪的统计分析方法,计算得到短期海况的有效波高、谱峰周期、能量谱等信息,通过与多种典型海浪谱对比发现Jonswap谱与所测波谱吻合较好;对平台的横摇、纵摇及垂荡运动进行了时域统计分析和频域谱分析,得到了台风海况下被测平台波频运动的实际响应特征,对于指导平台抗台作业具有重要意义。     

移动式海上基地连接器研究现状与发展

移动式海上基础（MOB）由一些装有自推进装置的半潜式模块相连组成，能为货运机以及直升机提供起降、导航、维护和军需品供给。MOB的概念设计中存在一些关键技术问题有待研究。连接系统的设计就是其中之一。本文介绍了5种MOB的概念设计，并以McDemott MOB连接器为例，介绍了连接器设计准则的发展以及相应连接器设计的改进，列举了一些连接器载荷的计算方法。     

新模块化单桩缓冲系泊浮式集成结构系统研究

为配合我国南海重要岛礁陆域拓展及海洋资源开发,提出了一种基于新型单桩缓冲系泊与波浪能装置(WEC)集成的具有潮汐自适应特性的模块化浮体结构系统。基于三维势流理论,综合考虑浮体模块与单桩缓冲结构的相对运动及相关波浪能装置的机械耦合机理,重点研究了新型单模块浮式结构系统在典型海况下的动力响应特征,获得了单桩缓冲系泊系统的初步优化设计参数,并对极端海况进行安全校核,提出了优化自存策略。数值结果表明,此带有波浪能装置的新型单桩缓冲系泊系统,不仅可以有效地降低浮体模块的运动响应幅值并改善平台舒适度,还可以获得可观的发电量,而且在极端海况下,可以通过调整阻尼装置系统来稳定浮体模块的运动。     

内孤立波中半潜平台动力响应特性

基于内孤立波mKdV理论,采用时域有限位移运动方程,结合改进的Morison公式,研究了两层流体中内孤立波与带分段式悬链系泊约束半潜平台的相互作用问题。针对东沙群岛南部海域附近某实测内孤立波特征参数,计算分析了在该内孤立波作用下SEDCO-700型半潜平台的内孤立波载荷、运动响应及其系泊张力的变化特性。研究表明,内孤立波不仅会对半潜平台产生突发性冲击载荷作用,使其产生大幅度水平漂移运动,并导致其系泊张力显著增大,因此在半潜平台等深海平台的设计与应用中,内孤立波的影响是不可忽视的。     

半潜式平台气隙量数值预报方法研究

以半潜式平台为研究对象,基于势流理论开展了有义波高Hs=10 m,谱峰周期Tp=15.4、14.1、12.8、11.8及10.6 s,有义波高Hs=8 m,谱峰周期Tp=10.1及9.6 s,浪向角β=0°、30°、45°、60°及90°,共计35个工况下半潜式平台气隙量的数值预报技术研究,计算结果表明:波浪的有义波高、特征周期及浪向角对半潜式平台气隙量的影响较大,半潜式平台甲板边缘易出现负气隙,同时平台垂向固有周期应避免与波浪的统计周期相同或接近。     

垂荡板对半潜式风机基础拖航过程中水动力性能及运动响应的影响分析

垂荡板对半潜式风机基础水动力性能有极大的影响,从而影响基础拖航安装过程的安全。为了研究垂荡板对半潜式基础拖航过程中运动响应的影响,建立了拖缆—WindFloat浮式风机半潜式基础拖航系统模型。首先,基于三维势流理论,采用AQWA开展了拖航系统的频域水动力分析,分析了垂荡板的尺寸及形状对基础水动力性能的影响规律;进一步采用时域方法对拖航系统的运动响应进行分析,探究了垂荡板的尺寸及形状在不同浪向下对基础运动响应的影响规律。结果表明：垂荡板能有效抑制基础的垂荡RAO,但垂荡板形状对基础的水动力性能无明显影响;具有圆形垂荡板的半潜式基础在拖航过程中的运动性能略优于六边形垂荡板,在原设计基础上继续增大垂荡板尺寸对基础运动响应的抑制效果呈现先增大后减小的趋势,说明半潜式风机基础存在一个最优的垂荡板尺寸。     

Dynamic Analysis of Semi-Submersible Production Platform Under the Failure of Mooring Lines

This paper quantitatively studies the transient dynamic response of a semi-submersible production platform with the loss of one or several positioning mooring lines.A semi-submersible platform,production risers,and positioning mooring lines are all included in the numerical simulation.Increased motion of the semi-submersible platform,tension variation of the remaining mooring lines/risers and the risk of mooring line or riser clashing are all investigated through fully coupled time-domain analysis.Combined environmental loads are selected from irregular waves and the steady current varying from very rough to extreme sea conditions.Three dimension radiation/diffraction theories and Morison’s equation are applied to calculate first-order wave force and second-order mean drift force of floating semi-submersible platform.Nonlinear time-domain finite element methods are employed to analyze the behavior of mooring lines and risers.Results show that the failure of mooring lines seriously reduce the platform’s stability performance.The tension of the rest lines is also increased accordingly.Remaining lines which are closer to the failed lines will have larger tension increase to compensate.Line-Line distance provides practical information for the risk of clashing investigation.     

Optimal Stiffness for Flexible Connectors on A Mobile Offshore Base at Rough Sea States

This paper investigates a simplified method to determine the optimal stiffness of flexible connectors on a mobile offshore base (MOB) during the preliminary design stage. A three-module numerical model of an MOB was used as a case study. Numerous constraint forces and relative displacements for the connectors at rough sea states with different wave angles were utilized to determine the optimized stiffness of the flexible connectors. The range of optimal stiffnesses for the connectors was obtained based on the combination and intersection of the optimized stiffness results, and the implementation steps were elaborated in detail. The percentage reductions of the optimized and optimal stiffness of the flexible connector were determined to quantitatively evaluate the decreases of the constraint force and relative displacement of the connectors compared with those calculated by using the original range of the connector stiffnesses. The results indicate the accuracy and feasibility of this method for determining the optimal stiffness of the flexible connectors and demonstrate the rationality and practicability of the optimal stiffness results. The research ideas, calculation process, and solutions for the optimal stiffness of the flexible connectors of an MOB in this paper can provide valuable technical support for the design of the connectors in similar semisubmersible floating structures.     

Dynamic Responses of Mobile Offshore Base Connectors

A Mobile Offshore Base (MOB) is a multi-purpose logistics base, which can be stationed in coastal or international waters. In the conceptual design of the MOB, attention should be paid to the dynamic responses of the inter-module connectors because tremendous loads occur in the connectors. In this paper, a study on dynamic responses of the MOB connectors is carried out by use of the Rigid Module Flexible Connector (RMFC) model which assumes that the module stiffness is significantly larger than that of the connector. In the analysis, the connector is modeled as a linear spring, which restricts relative translations but allows for relative rotations of modules. The 3-D source distribution method is adopted to determine the hydrodynamic forces of the modules, and the hydrodynamic interaction between modules is taken into account. The module motions and connector loads for 12 connector stiffness cases in regular and irregular waves are calculated with the multi-rigid-body motion equations. And the calculat