基于非线性能量阱的半潜式平台垂荡响应抑制研究

半潜式平台由于吃水浅、水线面小导致垂荡响应较大,为采油树的选择以及钻井、采油等作业带来了许多制约因素,增加维护和作业成本。针对这一问题,本文提出了一种带有非线性能量阱(Nonlinear energy sink, NES)的半潜式平台结构。根据NES减振原理,将活动式垂荡板作为NES系统的具体结构,通过建立带有NES系统的半潜式平台动力学模型,以减小平台垂荡响应为目标,优化设计了NES系统参数。考虑海况变化问题,对NES系统和调谐质量阻尼器(Tuned mass damper, TMD)系统的垂荡响应抑制性能、系统能量传递进行了对比分析。结果表明：NES系统对半潜式平台的垂荡响应具有明显抑制效果,NES系统的共振俘获现象可以使平台与其发生靶能量传递(Targeted energy transfer, TET),同TMD系统相比,NES系统对不同海况波浪谱峰周期变化的鲁棒性更强。     

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。     

海上风电半潜式基础初步选型Pareto-Optimal评价

针对半潜漂浮式风电基础初步选型,采用Pareto-Optimal评价方法对不同吃水、平台立柱直径、立柱间距和垂荡板直径四个参数的不同组合进行分析比较。基于浮体动力学频域计算方法,采用我国阳江某海域极限波浪条件计算得到叶轮中心水平加速度,同时考虑完整稳性的计算结果。对比分析表明平台吃水和立柱直径宜选择适中的取值,较大的排水量和立柱总体积并不会显著减小叶轮中心水平加速度。垂荡板对于改善平台整体性能是较为敏感的,垂荡板与立柱的直径比存在一定的最佳范围。平台立柱间距是影响平台运动性能最大的因素,增大立柱间距可以有效地降低叶轮中心水平加速度,但立柱间距的增大对立柱间的撑杆结构强度以及平台整体的建造和下水提出了较大的挑战。     

风浪流中半潜式风机系统动力响应特性研究

以三浮筒(Tri-floater)型半潜式风机系统为对象,采用时域方法,考虑垂荡板的黏性阻尼效应,研究系泊缆直径、长度、预张力和布置方式等参数对其在风浪流中动力响应特性的影响规律,提出了一种系泊参数优化方法。在此基础上,根据东海和南海三个不同水深区域百年一遇海洋环境条件,通过调整Tri-floater型浮式基础的吃水和垂荡板等参数,有效地提高了其运动响应周期,减小了其运动响应幅值。同时,根据风机浮式基础运动幅值的设计规范要求,针对三个不同水深区域特点,设计了Tri-floater型浮式基础的系泊系统。计算结果表明,改进后的Tri-floater型半潜式风机系统能满足百年一遇极端环境下的作业要求,适合于东海和南海海洋环境下海上风能资源的开发。     

新型多功能干树储油半潜平台研发

针对凝析油气田开发了一型适应我国南海环境条件的深水多功能干树半潜平台,平台运动性能优良,可实现干树开采、回接水下井口、油气生产处理、凝析油存储、钻修井等功能。平台由上部组块、主船体、细长柔性连接结构、垂荡板、顶张紧式立管(TTR立管)系统、系泊系统构成,结构特点为采用细长柔性连接结构连接主船体与箱型垂荡板。垂荡板采用箱型结构,承受作业吃水压力,可实现平台与箱型垂荡板的整体拖航,平台安装简易,细长柔性连接结构可在位维修或更换。平台立柱内设置储油舱存储天然气凝析油,解决凝析油存储外输问题。平台采用成熟系统系统集成,运动性能优良,海上施工风险可控,未来有望成为一种新的深水油气田开发平台型式。     

基于非线性数学模型的半潜式平台共振运动特性研究

共振运动是深海浮式平台设计的关键考虑因素之一,对海洋平台的作业具有重要影响。采用半潜式平台运动的非线性耦合数学模型,考虑浮筒和横撑出入水以及垂荡、横摇和纵摇运动耦合对平台浮力和恢复力的影响,研究半潜式平台非线性共振运动特性,以及不规则波浪参数对运动的影响。研究表明:在非线性耦合运动和浮力变化的影响下,半潜式平台纵摇和垂荡运动的固有周期会随运动幅值的增大而逐渐减小,且最终趋于稳定,对纵摇运动周期的影响更为显著;非线性效应会使半潜式平台产生显著的低频纵摇共振响应,以及共振频率漂移的现象,且受随机种子和波浪周期的影响较小。     

一种非对称无横撑半潜式平台的整体强度评估

本文基于设计波法对某新型半潜式平台的整体强度进行了研究分析。不同于传统半潜式平台结构形式,该新型半潜式平台的浮筒一大一小,对应的两组立柱也是一大一小,因此结构关于中纵剖面是非对称的;此外该半潜式平台没有横撑结构。本文首先确定了作业吃水和自存吃水情况下新型半潜式平台四种典型危险工况对应的设计波参数,然后研究分析了不同危险工况下半潜式平台的整体强度,并对新型半潜式平台与传统半潜式平台在整体强度方面的差异进行了比较。研究结果表明,该新型平台的最大应力最易出现在大立柱内侧与甲板连接拐角区域,而传统有横撑半潜式平台的最大应力多发生在横撑与立柱连接区域。此外,浮筒与甲板之间的大倒角设计有助于提高新型半潜式平台的整体强度。     

半潜式平台垂向运动低频响应特性

对半潜式平台垂向运动性能(包括垂荡、横摇和纵摇)进行数值计算分析。与模型试验结果的比较表明,对于半潜式平台这类由柱体组成的结构物进行水动力数值预报,忽略粘性力作用会使得低频运动响应计算结果产生偏差,需要应用三维势流理论和Morison公式相结合的方法。横摇和纵摇运动固有频率均低于波浪频率,在波浪慢漂力作用下会出现显著低频运动响应。垂荡运动是否出现低频响应则与所处海况联系紧密。     

一种新型干树式半潜平台设计

开发了一种新型的深吃水干树式半潜生产平台(TCDD-Semi),该平台可用于中国南海深水区域的油气田开发。它的一个显著特点是立柱的截面形状呈现为渐变形式,而非传统的等截面形式。立柱的底部最大,向上逐渐变小,再结合适当的下浮体设计,能够为平台在服役前期及在位状态时提供足够的浮力以及稳性。最重要的是这种新型立柱的设计能够明显地减小平台在恶劣海况时的垂向运动,从而使在平台上布置具有干式采油树的TTR立管系统成为可能。此外,这种渐变式的立柱设计也有利于减弱平台在流作用下的涡激诱导运动(VIM)。分析结果表明这种渐变式立柱半潜平台可以明显降低平台的垂向运动,也可以在码头组装时提供足够的浮力以及在平台下沉过程中提供足够的稳性。平台优越的垂向运动性能可以使顶部张紧式立管的行程范围限制在10.5 m之内(包括平台偏移、垂荡运动、潮汐影响、海床沉降、热膨胀等因素)。分析结果表明平台的垂荡范围、水平偏移、倾侧角度、上部模块重心处的加速度等可以满足设计要求,证明了这种新型干树式半潜平台的可行性。     

Truss Spar平台垂荡响应频域分析

利用已有水动力试验和数值模拟结果及Morison方程,简化估计了Truss Spar平台垂荡方向水动力贡献,快速有效地预报了平台极端海况下的垂荡响应.在频域内分别采用数值迭代计算和粘滞阻尼线性化方法得到了平台在不同数量垂荡板配置下的垂荡响应幅值算子.在墨西哥湾、西非和中国南海等3种不同地区极端海况以及墨西哥湾工作状态海况下计算了平台的响应极值,分析发现平台波频垂荡响应对入射波浪周期非常敏感.采用JONSWAP波能谱得到了Truss Spar平台垂荡响应谱.通过比较和参数分析,验证了平台在设计上的合理性与实际海况下良好的垂荡运动性能.     

P/E界线全球事件在西藏定日地区的响应

生物群、沉积物和有机地球化学变化显示，古新统－始新统（P／E）界线全球事件在西藏南部定日（东特提期残留海低纬度浅水）地区存在明显响应：古新统宗浦组顶部有孔虫动物群的属、种绝灭率分别为87％和94％，始新统遮普惹组底部有孔虫属、种新生率分别达80％和69％；岩层以（生物滩相）薄－中层向厚层－块状生物灰岩转化，泥质含量增加；典型生物标志经合物参数变化明显，Pr／17比值平均从0．365增加到0．86，Ph／18由0．56变为0．92，β／17由12．843剧增到123．17，γ／17由2．46突变为29．5。结合西藏及邻区岩相分布、接触关系后认为，这种全球地质事件的响应在研究区可能是一种古海洋事件，可能由大洋环流（古水团）变化引起。     

真鲷仔鱼早期阶段的摄食能力──发育反应和功能反应

于１９９５年４月￣１９９６年５月在中国水产科学研究院黄海水产研究所小麦岛苗种基地,采用梯度试验方法在不同褶皱臂尾轮虫饵料密度下２￣１２日龄真鲷仔鱼的摄食率和摄食强度,通过拟合发育反应和功能反应模型模型的数据来评价真鲷仔鱼早期阶段的摄食能力。结果表明,从仔鱼开口２日龄至１２日龄,摄食强度从０．３１６μｇ／ｈ提高到１．３７４μｇ／ｈ;摄食成功率从５９％提高到７０％,平均摄食发生率从０．４６９μ ｇ／ｈ     

箱式超大型浮体结构在规则波中的水弹性响应研究

利用三维线性水弹性理论研究了箱式超大型浮体结构在正弦规则波中的动力响应，用Bernoulli-Euler梁解析解计算结构在真空中的动力特性，用弹性体三维势流理论计算结构的水动力系数，浮体结构在单位波幅规则波中的刚体运动幅值与DNV／WADAM程序的计算结果进行了比较，并给出了垂向弯曲模态的位移，弯矩随波浪频率的变化规律，由于箱式浮体结构的低阶固有频率很低，相应的弹性振型的响应与刚体运动耦合，结构在波浪中没有发现明显的低阶弹性模态谐振。     

南海西北部上层海洋对台风“杜苏芮”的响应分析

基于锚碇观测资料,本文分析了南海西北部陆坡区上层海洋对台风“杜苏芮”的动力学和热力学响应特征。在动力学响应方面,台风“杜苏芮”期间上层流速显著增强,混合层纬向流速可达1.20 m/s;“杜苏芮”经过后上层海水运动以近惯性振荡为主(流向顺时针旋转周期在36～40 h之间)。近惯性能量在垂向分布上存在两个高值中心,分别位于混合层和温跃层深度上。近惯性能量耗散过程的e折时间尺度约为3.7 d,我们认为能量的向下传播在局地近惯性能量衰减过程中起主要作用。对能量谱的分析表明,“杜苏芮”作用期间近惯性频率能量相对于其作用前增大了约29.4倍,而全日和半日频率(K₁和M₂)能量有所减弱。此外,能量谱显示近惯性频率存在明显的“蓝移”现象,即对于纬向和经向流速分量在400 m以浅平均的近惯性振荡频率分别为1.167 f₀和1.170 f₀(f₀为局地惯性频率)。蓝移与近惯性内波的向下传播及正的相对涡度的输入有关。在热力学响应方面,上层海洋在台风的搅拌作用下,40～250 m深度均出现较小增温,最大增温幅度接近1°C;此外70 m以浅盐度的降低可能与台风过境时的降水相关,而Ekman抽吸引起的上升流则可能对70～100 m深度盐度的升高具有重要作用。     

Structural monitoring of offshore platforms using impulse and relaxation response

Monitoring offshore platforms, long span bridges, high rise buildings, TV towers and other similar structures is essential for ensuring their safety in service. Continuous monitoring assumes even greater significance in the case of offshore platforms, which are highly susceptible to damage due to the corrosive environment and the continuous action of waves. Also, since a major part of the structure is under water and covered by marine growth, even a trained diver cannot easily detect damage in the structure. In the present work, vibration criterion is adopted for structural monitoring of jacket platforms. Artificial excitation of these structures is not always practicable and ambient excitation due to wind and waves may not be sufficient for collecting the required vibration data. Alternate methods can be adopted for the same purpose, for example, the application of an impact or a sudden relaxation of an applied force for exciting the structure. For jacket platforms, impact can be applied by gently pushing the structure at the fender while relaxation can be accomplished by pulling the structure and then suddenly releasing it using a tug or a supply vessel in both cases. The present study is an experimental investigation on a laboratory model of a jacket platform, for exploring the feasibility of adapting vibration responses due to impulse and relaxation, for structural monitoring. Effects of damage in six members of the platform as well as changes in deck masses were studied. A finite element model of the structure was used to analyze all the cases for comparison of the results as well as system identification. A data acquisition and analysis procedure for obtaining the response signatures of the platform due to the impulse and relaxation procedure was also developed for possible adoption in on-line monitoring of offshore platforms. From the study, it has been concluded that both impulse and relaxation responses are useful tools for monitoring offshore jacket platforms. The present work forms the basis for the development of an automated, on-line monitoring system for offshore platforms, using neural networks.     

Stochastic Response Analysis of Piled Offshore Platform Excited by Stationary Filtered White Noise

In this paper,the analysis method of stochastic response of piled offshore platform excited bystationary filtered white noise is presented.With this method,the strong ground motion is considered asthree direction stationary filtered white noise process,the theoretic solutions of three special integrationequations are derived with the residue theorem,and the expression of response nodal displacements andmember forces of offshore platform excited by the stationary filtered white noise is put forward.Thestochastic response of a piled offshore platform excited by the stationary filtered white noise,which is lo-cated 114.3m in water depth,is computed.The results are compared with those obtained with the re-sponse spectrum analysis method and the stationary white noise model analysis method,and the corre-sponding conclusion is drawn.     

基于实测数据的海上风电结构动力响应分析

地震是危害海上风电结构作业安全的重要环境因素,目前,国内尚未公开发表真实地震响应下,海上风电结构的实测动力响应数据。分析了某地震活动区海上风电结构的实测地震响应,采用随机子空间识别方法进行风机的模态识别,阐述了风机机舱偏航将引起前后、左右两个正交方向振动的耦合,并从理论上证明了利用耦合、解耦数据识别模态参数的差异。结果表明：1）耦合与解耦信号识别的频率、阻尼比完全相同,而耦合信号识别的模态振型与偏航角有关;2）地震作用会对结构产生巨大冲击;3）非地震作用下,风机塔筒前后、左右第一阶弯曲模态为主要模态,地震作用可以激发风机的高阶模态,使得塔筒中上部而不是顶部的振动响应最大。此分析对地震活动区海上风电结构的抗震设计具有一定的参考价值。     

中国近海潮汐响应峰值估算的数值模拟

A numerical method is designed to examine the response properties of real sea areas to open ocean forcing. The application of this method to modeling the China’s adjacent seas shows that the Bohai Sea has a highest peak response frequency(PRF) of 1.52 d-1; the northern Yellow Sea has a PRF of 1.69 d-1; the Gyeonggi Bay has a high amplitude gain plateau in the frequency band roughly from 1.7 to 2.7 d-1; the Yellow Sea(including the Gyeonggi Bay), the East China Sea shelf and the Taiwan Strait have a common high amplitude gain band with frequencies around 1.76 to 1.78 d-1 and are shown to be a system that responds to the open ocean forcing in favor of amplifying the waves with frequencies in this band; the Beibu Gulf, the Gulf of Thailand and the South China Sea deep basin have PRFs of 0.91, 1.01 and 0.98 d-1 respectively. In addition, the East China Sea has a Poincare mode PRF of 3.91 d-1. The PRFs of the Bohai Sea, the northern Yellow Sea, the Beibu Gulf and the South China Sea can be explained by a classical quarter(half for the Bohai Sea) wavelength resonance theory. The results show that further investigations are needed for the response dynamics of the Yellow Sea-East China Sea-Taiwan Strait system, the East China Sea Poincare mode, the Taiwan Strait, and the Gulf of Thailand.     

海上风电基础结构动力分析

针对单桩、三桩、四桩导管架3种常规海上风电基础结构型式动力特性展开研究。以模态分析为基础,获得结构整体固有频率和振型;进而综合运用谐响应分析、瞬态分析、谱分析等方法,对基础结构在简谐荷载、冲击荷载、地震荷载及波浪荷载作用下的动力响应特性进行了数值模拟计算和分析。结果显示:本设计中的单桩、三桩、四桩基础结构刚度依次增大,一阶固有频率递增;对于相同的动力荷载激励,基础结构动力响应递减;基础结构设计中既要保证结构具有足够的刚度以满足荷载作用下的变形控制要求,还要使基础刚度适中以避免共振。为海上风电基础结构动力分析提供了参考。     

滦河三角洲砂坝-潟湖海岸环境的遥感分析与区域开发潜力的评价

本文就不同类型淀湖在不同时相条件下,对卫星遥感谱段响应的分析结果,将研究区的信息进行了提取与复合.继之,解译了封闭与半封闭漏湖的发育进程和表观特征,并就七个潟湖区段环境乃至开发前景作了详细的阐述.