本文選題：FPSO　切入點(diǎn)：液艙晃蕩　出處：《江蘇科技大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著海洋油氣資源開發(fā)技術(shù)的發(fā)展,浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油輪(Floating Production Storage and Offloading,FPSO)的應(yīng)用越發(fā)廣泛,同時(shí)它的發(fā)展還有著大型化、深水化和高安全性要求的特點(diǎn)。波浪中FPSO的運(yùn)動(dòng)激勵(lì)著其內(nèi)部液艙中的液體發(fā)生晃蕩,使其產(chǎn)生較大的晃蕩壓力,嚴(yán)重時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞,而晃蕩的液貨又影響FPSO的運(yùn)動(dòng),兩者相互影響,是一個(gè)典型的耦合問題。在現(xiàn)有的研究中,對(duì)于液艙晃蕩問題通常較多關(guān)注于其內(nèi)部自由液面的捕捉,對(duì)于運(yùn)動(dòng)響應(yīng)與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算問題,通常將液貨固化不考慮其液艙晃蕩效應(yīng)。而將兩者結(jié)合考慮,分析液艙晃蕩對(duì)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)和結(jié)構(gòu)響應(yīng)影響的研究還相對(duì)較少,需要進(jìn)一步研究。本文基于三維頻域與時(shí)域勢(shì)流理論,對(duì)FPSO采用線性與弱非線性理論,對(duì)液艙晃蕩采用線性理論,并采用新的水動(dòng)力-結(jié)構(gòu)載荷傳遞方法,在不考慮系泊系統(tǒng)的影響下,就液艙晃蕩對(duì)FPSO運(yùn)動(dòng)響應(yīng)與結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響問題進(jìn)行如下幾個(gè)方面的工作:1)圍繞船舶在波浪中的運(yùn)動(dòng)與載荷預(yù)報(bào)、液艙晃蕩問題、液艙晃蕩與船舶的耦合這三個(gè)方面的研究,閱讀大量國內(nèi)外文獻(xiàn),對(duì)之前的研究進(jìn)展進(jìn)行了較為全面的回顧與綜述;2)利用波浪理論、船舶在波浪中運(yùn)動(dòng)的勢(shì)流理論和液艙內(nèi)流場(chǎng)的勢(shì)流理論,建立了船舶與液艙晃蕩的耦合運(yùn)動(dòng)方程,并介紹了其數(shù)值解法,然后闡述了基于水動(dòng)力-結(jié)構(gòu)模型的載荷傳遞方法;3)基于線性頻域勢(shì)流理論,采用Hydro STAR軟件,對(duì)一艘實(shí)驗(yàn)FPSO在不同載液率、不同浪向下的頻域運(yùn)動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行計(jì)算,通過與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比,驗(yàn)證計(jì)算方法的有效性,并分析不同載液率工況時(shí),液艙晃蕩對(duì)FPSO運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的影響規(guī)律。4)利用時(shí)域勢(shì)流理論,通過HOMER軟件,對(duì)FPSO采用弱非線性理論,對(duì)液艙晃蕩采用線性理論,對(duì)FPSO在多個(gè)典型波浪頻率下的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)和載荷進(jìn)行時(shí)域計(jì)算,分析不同時(shí)刻液艙晃蕩對(duì)FPSO的運(yùn)動(dòng)和載荷的影響規(guī)律,并討論不同時(shí)刻液艙內(nèi)的晃蕩壓力。5)建立結(jié)構(gòu)有限元模型,應(yīng)用水動(dòng)力-結(jié)構(gòu)載荷傳遞方法,將FPSO所受的波浪和液艙載荷傳遞給結(jié)構(gòu)模型并利用HOMER軟件中的Nastran模塊進(jìn)行結(jié)構(gòu)應(yīng)力計(jì)算,探究不同時(shí)刻液艙晃蕩對(duì)FPSO整體和局部結(jié)構(gòu)應(yīng)力的影響規(guī)律,分析應(yīng)力較大的區(qū)域并提出改進(jìn)意見。
[Abstract]:With the development of offshore oil and gas resources exploitation technology, floating Production Storage and offloading FPSOs are more and more widely used. The motion of FPSO in the wave stimulates the liquid in its internal tank to wobble, causing it to produce a large sloshing pressure, which can destroy the structure seriously, and the sloshing liquid and cargo affect the movement of FPSO. The interaction between the two is a typical coupling problem. In the existing research, the sloshing problem of tank is usually focused on the capture of the free liquid surface, the motion response and the calculation of the structural strength. Generally, the tank sloshing effect is not considered when the liquid cargo is solidified. However, the research on the effect of tank sloshing on the motion response and structural response is relatively rare. Based on the theory of potential flow in frequency domain and time domain, linear and weakly nonlinear theories are adopted for FPSO, linear theory for sloshing of tank is adopted, and a new method of hydrodynamic and structural load transfer is adopted. Without considering the influence of mooring system, this paper deals with the influence of tank sloshing on FPSO motion response and structural response in the following aspects: 1) the prediction of ship motion and load in waves, and the sloshing of tank. In this paper, the coupling of tank sloshing and ship is studied, a large number of domestic and foreign literatures are read, and the previous research progress is comprehensively reviewed and summarized. (2) the wave theory is used. The potential flow theory of ship motion in waves and the potential flow theory of tank flow field are used to establish the coupled motion equation of ship and tank sloshing, and its numerical solution is introduced. Then, the load-transfer method based on hydrodynamic structure model is described. Based on the theory of linear frequency-domain potential flow and Hydro STAR software, the motion response of an experimental FPSO in frequency domain with different liquid loading rates and downward waves is calculated. By comparing with the experimental results, the validity of the calculation method is verified, and the influence of tank sloshing on FPSO motion response under different loading rate conditions is analyzed. (4) using the time-domain potential flow theory and HOMER software, the weakly nonlinear theory is applied to FPSO. The linear theory is used to calculate the motion response and load of FPSO at several typical wave frequencies in time domain. The influence of sloshing on the motion and load of FPSO at different times is analyzed. The sloshing pressure in tank at different times is discussed. 5) the finite element model of the structure is established, and the method of hydrodynamic and structural load transfer is applied. The wave and tank loads of FPSO are transferred to the structural model and the structural stress is calculated by using the Nastran module in the HOMER software. The effects of tank sloshing on the overall and local structural stresses of FPSO at different times are investigated. Analyze the area with high stress and put forward some suggestions for improvement.
【學(xué)位授予單位】：江蘇科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U661.3

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