简述系泊深水S-Spar平台水动力响应生

论文导读：
摘要：近年来，海洋油气的勘探开发不断走向深水，由此涌现许多适用于深水作业的新型结构，如浮式生产储油卸油装置（FPSO）、半潜式钻井平台（Semi-Submersible Platform）、张力腿平台（TLP）和圆柱型平台（Spar）等。Spar平台因为其良好的运动性能而受到工程界和学术界的极大关注，与其相关的各探讨领域不断进展，特别是Spar平台的动力响应探讨。本论文主要探讨带螺旋板的S-Spar平台的动力响应不足，力求得到计及螺旋板影响、尽可能准确描述S-Spar平台总体运动响应的浅析结果。主要工作如下：1、系统介绍了Spar平台的产生和进展的历史，总结了三代Spar平台的总体结构特点、优缺点、经济性以及进展前景；详细介绍了S-Spar的概念和结构特点，给出了S-Spar平台的主要尺度和系泊系统的参数。2、建立了带有不同垂荡板厚度和螺旋板导程的S-Spar平台主体的ANSYS/AQWA有限元模型，采取AQWA-LINE模块，基于三维势流论述和波浪的绕射/辐射论述，在频域内计算了作用在平台主体上的波浪力、附加质量、附加阻尼以及运动响应RAO等水动力学参数。计算结果表明，S-Spar平台的附加质量和附加阻尼均达到可以有效制约平台运动响应的良好量级。平台纵荡、横荡、横摇和纵摇方向上的附加质量和阻尼随着垂荡板厚度的增加没有发生显著变化，垂荡方向的附加质量和阻尼随着垂荡板厚度的增加而减小，垂荡板厚度1m时首摇方向的附加质量最小，首摇方向附加阻尼基本不受垂荡板厚度变化的影响。螺旋板导程增大将导致平台纵荡、横荡、横摇和纵摇方向上的附加质量增大，平台纵荡、横荡、横摇和纵摇方向上的附加阻尼没有显著变化，螺旋板导程为90m和60m的平台在垂荡和首摇方向上的附加阻尼均有出现负值的频段。不同螺旋板导程平台的纵荡、垂荡和纵摇运动响应RAO曲线峰值频率没有随螺旋板导程的变化发生显著转变，并且当波浪长周期接台的固有周期时，响应幅值也得到了很好的制约。3、基于频域浅析结果，采取AQWA-DRIFT模块建立了螺旋板导程和垂荡板厚度分别为120m和1m的S-Spar平台及其系泊系统的耦合浅析模型，考虑不同入射方向的随机波浪荷载及风、流的共同作用和系泊系统的非线性影响，进行时域耦合浅析。得到S-Spar平台的波浪力时程、位移时程、系泊缆的张力时程和张力极值等，并与不带螺旋板的S-Spar平台的计算结果进行了比较，浅析了螺旋板对平台的时域计算结果的影响。浅析结果表明，在完整系泊和单缆破断的情况下，平台的运动响应和系泊缆安全系数均符合规范要求。通过与不带螺旋板的平台的计算结果比较发现，螺旋板有着时会显著增加平台的首摇运动幅值，在极端海况下，忽略螺旋板可能会高估平台的首摇运动性能；不带螺旋板的平台的系泊缆张力幅值偏大，忽略螺旋板会高估系泊缆的极限张力。最后，浅析计算了百年一遇环境条件下带螺旋板的S-Spar平台破舱进水后的动力响应，计算结果表明，平台破舱充水仍然具有良好的运动性能，满足规范要求。关键词：S-Spar平台论文水动力响应论文螺旋板论文系泊系统论文耦合浅析论文
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Abstract7-11
1 绪论11-18

1.1 探讨背景及课题作用11

1.2 Spar 平台的分类及其结构特点11-14

1.2.1 Classic Spar 平台12-13

1.2.2 Truss Spar 平台13-14

1.2.3 Cell Spar 平台14

1.3 Spar 平台的探讨近况及进展走势14-16

1.3.1 Spar 平台的探讨近况14-15

1.3.2 Spar 平台的进展走势15-16

1.4 本课题探讨背景及主要工作16-18

1.4.1 探讨背景16

1.4.2 主要工作16-18

2 S-Spar 平台概念及总体结构18-24

2.1 S-Spar 概念18-20

2.2 S-Spar 平台总体结构20-22

2.1 S-Spar 平台主尺度20-21

2.2 系泊系统21-22

2.3 本章小结22-24

3 数值计算论述24-31

3.1 引言24

3.2 三维势流论述论文导读：算结果41-474.4.3垂荡板及螺旋板对平台水动力性能的影响47-485S-Spar平台时域耦合浅析48-635.1引言485.2AQWA时域耦合计算卡片设置48-495.3AQWA-DRIFT时域耦合模型建立49-505.4时域耦合浅析计算结果50-635.4.1完整系泊时平台的时域计算结果50-555.4.2单缆破断时平台的时域计算结果55-595.4.3螺旋板对S-Spar平台
24-25

3.3 二阶波浪力25

3.4 频域运动制约方程25-26

3.5 时域运动制约方程26-28

3.5.1 风荷载26-27

3.5.2 流荷载27

3.5.3 运动方程27-28

3.6 系泊系统动力耦合浅析策略28-31

3.6.1 解耦策略28-29

3.6.2 全耦合策略29-31

4 S-Spar 平台动力特性浅析31-48

4.1 引言31

4.2 AQWA 软件介绍31-32

4.3 AQWA-LINE 水动力模型的建立32-34

4.

3.1 模型建立概述32-33

4.

3.2 ANSYS 有限元模型33-34

4.

3.3 AQWA 水动力模型34

4.4 AQWA-LINE 水动力参数计算结果34-48

4.1 不同垂荡板厚度的计算结果35-41

4.2 不同螺旋板导程的计算结果41-47

4.3 垂荡板及螺旋板对平台水动力性能的影响47-48

5 S-Spar 平台时域耦合浅析48-63

5.1 引言48

5.2 AQWA 时域耦合计算卡片设置48-49

5.3 AQWA-DRIFT 时域耦合模型建立49-50

5.4 时域耦合浅析计算结果50-63

5.

4.1 完整系泊时平台的时域计算结果50-55

5.

4.2 单缆破断时平台的时域计算结果55-59

5.

4.3 螺旋板对 S-Spar 平台动力响应的影响浅析59-60

5.

4.4 平台破舱时的计算结果60-63

6 结论与展望63-65

6.1 结论63-64

6.2 展望64-65

参考文献65-67
致谢67-68
个人简历68
在校攻读硕士期间论文发表情况68