半潛式平臺(tái)作為一種典型的深海平臺(tái),其憑借抗風(fēng)能力較強(qiáng),工作水深適應(yīng)范圍廣,鉆井能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)在海洋石油勘探開(kāi)發(fā)中得到了廣泛應(yīng)用。由于半潛式海洋平臺(tái)工作的海洋環(huán)境惡劣,平臺(tái)立柱及下甲板經(jīng)常遭受到波浪的砰擊,以及平臺(tái)四立柱結(jié)構(gòu)的存在,會(huì)導(dǎo)致立柱間近場(chǎng)干涉效應(yīng)的發(fā)生。立柱間波浪的疊加放大造成下甲板負(fù)氣隙的出現(xiàn),嚴(yán)重影響了平臺(tái)的結(jié)構(gòu)安全和作業(yè)效率。因此,對(duì)半潛式平臺(tái)波浪中砰擊載荷及近場(chǎng)干涉現(xiàn)象開(kāi)展深入研究對(duì)半潛式平臺(tái)的設(shè)計(jì)與建造具有十分重要的指導(dǎo)意義。首先基于計(jì)算流體力學(xué)軟件Fine/Marine建立了半潛式平臺(tái)下甲板及立柱入水砰擊載荷模型,建立了完備的砰擊載荷系數(shù)庫(kù),完成了砰擊載荷系數(shù)公式擬合�；趧�(shì)流理論軟件Aqwa完成了半潛式平臺(tái)在系泊模式下不同海況中的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)數(shù)值模擬,并與擬合的砰擊力系數(shù)公式相結(jié)合,提出了基于勢(shì)流理論半潛式平臺(tái)砰擊載荷的計(jì)算方法。開(kāi)展了半潛式平臺(tái)在固定模式下近場(chǎng)干涉問(wèn)題的數(shù)值模擬計(jì)算,探究了不同波浪要素對(duì)近場(chǎng)干涉效應(yīng)的影響。主要研究?jī)?nèi)容如下:基于沖量入水砰擊理論,建立了包含結(jié)構(gòu)-水-空氣三者耦合的平臺(tái)下甲板及立柱入水砰擊載荷計(jì)算模型,深入分析了砰擊載荷的大小與入水角度和入水速度之間的關(guān)系,探討了不同縱傾角下入水面上砰擊壓力隨空間位置分布的變化規(guī)律。根據(jù)數(shù)值計(jì)算的結(jié)果,建立了適用于該種半潛式平臺(tái)立柱及甲板樣式的砰擊載荷系數(shù)庫(kù),擬合了最大砰擊壓力系數(shù)k與入水速度v和入水角度β兩要素之間的函數(shù)關(guān)系方程。運(yùn)用擬合的函數(shù)方程可以快速求解出最大砰擊力系數(shù)的大小,對(duì)實(shí)際工程中平臺(tái)結(jié)構(gòu)的安全性評(píng)估具有指導(dǎo)意義�；趧�(shì)流理論對(duì)半潛式平臺(tái)水動(dòng)力性能及極限海況下的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算與研究。首先完成了深水狀態(tài)下半潛式平臺(tái)的水動(dòng)力性能頻域計(jì)算與分析;重點(diǎn)研究了極限海況下半潛式平臺(tái)在系泊模式下的六自由度運(yùn)動(dòng)響應(yīng)及系泊纜張力情況;通過(guò)設(shè)置在下甲板下的氣隙量監(jiān)測(cè)點(diǎn)對(duì)平臺(tái)氣隙量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,深入探討了浪向角、有義波高、波浪周期三者對(duì)與下甲板的氣隙量分布的影響。運(yùn)用自編程軟件對(duì)平臺(tái)六自由度運(yùn)動(dòng)響應(yīng)和負(fù)氣隙值進(jìn)行后處理,得到負(fù)氣隙位置處水質(zhì)點(diǎn)發(fā)生砰擊時(shí)的速度、相對(duì)甲板角度、砰擊次數(shù)和砰擊時(shí)刻,運(yùn)用擬合的砰擊力系數(shù)公式計(jì)算出滿足該條件下的砰擊壓力系數(shù),快速解算出的砰擊載荷的大小,完成了基于勢(shì)流理論半潛式平臺(tái)砰擊載荷的計(jì)算方法�；谡沉骼碚撻_(kāi)展了不同波浪要素下半潛式平臺(tái)近場(chǎng)干涉效應(yīng)的數(shù)值模擬計(jì)算分析。通過(guò)布置在平臺(tái)下甲板下及四立柱表面的波高監(jiān)測(cè)點(diǎn),獲得了平臺(tái)四立柱間近場(chǎng)干涉效應(yīng)影響下的波形分布情況,探究了浪向角及波浪周期對(duì)平臺(tái)四立柱間波形分布的影響;對(duì)四立柱間波浪的相互疊加放大及水質(zhì)點(diǎn)在立柱間的擾動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行了總結(jié)分析。開(kāi)展了半潛式平臺(tái)在規(guī)則波中的平臺(tái)和四立柱受力研究,對(duì)比分析了不同波浪周期及浪向角下平臺(tái)及前后立柱受力的變化趨勢(shì)。
【學(xué)位單位】：江蘇科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U674.38
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題背景與研究意義
    1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 半潛式平臺(tái)水動(dòng)力及運(yùn)動(dòng)響應(yīng)研究現(xiàn)狀
        1.2.2 半潛式平臺(tái)氣隙響應(yīng)研究現(xiàn)狀
        1.2.3 半潛式平臺(tái)內(nèi)場(chǎng)干涉研究現(xiàn)狀
        1.2.4 砰擊載荷研究現(xiàn)狀
    1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容
第2章 數(shù)值模擬理論基礎(chǔ)
    2.1 三維勢(shì)流問(wèn)題的解
        2.1.1 流場(chǎng)速度勢(shì)的分解及其定解條件
'>            2.1.1.1 入射勢(shì) φ
/li>

            2.1.1.2 輻射勢(shì)φ^R

            2.1.1.3 繞射勢(shì)φ^D

        2.1.2 格林函數(shù)
    2.2 計(jì)算流體力學(xué)原理
        2.2.1 基本控制方程
        2.2.2 湍流模型
        2.2.3 數(shù)值離散方法
    2.3 本章小結(jié)
第3章 半潛式平臺(tái)甲板及立柱砰擊載荷數(shù)值模擬
    3.1 半潛式平臺(tái)砰擊模型的建立
        3.1.1 立柱和下甲板模型說(shuō)明
        3.1.2 計(jì)算模型
        3.1.3 計(jì)算工況與測(cè)點(diǎn)布置
    3.2 計(jì)算結(jié)果與分析
        3.2.1 不同入水速度與入水角度對(duì)立柱砰擊載荷影響分析
        3.2.2 不同入水角度對(duì)下甲板砰擊載荷影響分析
    3.3 本章小結(jié)
第4章 半潛式平臺(tái)水動(dòng)力及運(yùn)動(dòng)響應(yīng)特性研究
    4.1 半潛式平臺(tái)計(jì)算模型建立
        4.1.1 半潛式平臺(tái)參數(shù)
        4.1.2 半潛式平臺(tái)幾何模型
        4.1.3 計(jì)算工況設(shè)定
        4.1.4 浪向角與氣隙監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置說(shuō)明
        4.1.5 半潛式平臺(tái)系泊系統(tǒng)的設(shè)定
        4.1.6 半潛式平臺(tái)網(wǎng)格劃分
    4.2 半潛式平臺(tái)水動(dòng)力性能計(jì)算與分析
        4.2.1 半潛式平臺(tái)RAO的頻域變化特性與分析
        4.2.2 半潛式平臺(tái)一階波浪力的頻域變化特性與分析
        4.2.3 半潛式平臺(tái)二階波浪力的頻域變化特性與分析
        4.2.4 半潛式平臺(tái)附加質(zhì)量特性與分析
        4.2.5 半潛式平臺(tái)輻射阻尼特性與分析
    4.3 系泊模式下半潛式平臺(tái)不規(guī)則波中運(yùn)動(dòng)響應(yīng)特性研究
        4.3.1 半潛式平臺(tái)六自由度運(yùn)動(dòng)響應(yīng)結(jié)果與分析
        4.3.2 半潛式平臺(tái)系泊纜張力結(jié)果與分析
    4.4 氣隙量的數(shù)值計(jì)算與分析
        4.4.1 基于AQWA軟件半潛式平臺(tái)氣隙統(tǒng)計(jì)分析
    4.5 半潛式平臺(tái)砰擊載荷結(jié)果與分析
        4.5.1 基于勢(shì)流理論半潛式平臺(tái)砰擊載荷的計(jì)算方法
        4.5.2 基于Matlab軟件半潛式平臺(tái)下甲板砰擊載荷統(tǒng)計(jì)分析
    4.6 本章小結(jié)
第5章 半潛式平臺(tái)近場(chǎng)干涉效應(yīng)研究
    5.1 半潛式平臺(tái)近場(chǎng)干涉計(jì)算模型
        5.1.1 網(wǎng)格劃分
        5.1.2 計(jì)算工況設(shè)定
    5.2 規(guī)則波作用下四立柱近場(chǎng)干涉效應(yīng)研究
        5.2.1 四立柱間水動(dòng)力擾動(dòng)研究
        5.2.2 平臺(tái)四立柱受力分析研究
    5.3 本章小結(jié)
第6章 總結(jié)與展望
    6.1 工作總結(jié)
    6.2 本文創(chuàng)新點(diǎn)
    6.3 研究展望
參考文獻(xiàn)
附錄
攻讀碩士學(xué)位期間取得的學(xué)術(shù)成果
致謝

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本文編號(hào)：2860221

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