本文關(guān)鍵詞：浮式結(jié)構(gòu)物系泊系統(tǒng)時域非線性耦合分析

  更多相關(guān)文章： 浮式結(jié)構(gòu)物 時域模擬 系泊系統(tǒng) 有限元法 耦合分析

【摘要】：適用于深海油氣開發(fā)的浮式平臺已成為各國學(xué)者及工程師關(guān)注的重點。系泊狀態(tài)下的海洋浮式平臺在特定的海域作業(yè)時，波浪、海流以及風(fēng)等外部載荷誘發(fā)浮體運動。系纜通過導(dǎo)纜孔與浮體連接，浮體的運動受到系纜提供的回復(fù)力影響；同時，浮體的運動也會影響系纜的受力及運動；研究二者之間動態(tài)時變的耦合作用具有重要的意義。 本文以海上浮式結(jié)構(gòu)物及其系泊定位系統(tǒng)作為研究對象，采用頻時域法計算浮式結(jié)構(gòu)物的運動，同時以細長彈性桿單元模擬系泊纜微段并進行數(shù)值計算，最后對系泊狀態(tài)下的浮式結(jié)構(gòu)物進行時域耦合分析。 大型浮體的耐波性預(yù)報通常采用勢流理論。本文通過間接時域方法計算浮體的運動。利用商業(yè)水動力分析軟件計算浮體的頻域水動力系數(shù)以及波激力；依據(jù)Cummins脈沖原理，推導(dǎo)得到波浪中浮體時域運動方程�；诰幊陶Z言Fortran自主開發(fā)自由狀態(tài)下浮體運動求解模塊，完成了自由狀態(tài)下FPSO在規(guī)則波和不規(guī)則中運動的時域計算，并驗證了自主開發(fā)程序的正確性。 采用細長彈性桿單元模擬系纜微段，推導(dǎo)系纜靜力和動力運動方程，采用有限元法進行離散�；诰幊陶Z言Fortran自主開發(fā)系纜靜力和動力求解模塊。利用靜力計算程序?qū)ΤＲ娤道|和海洋立管進行計算分析，并考慮作用在系纜上的靜態(tài)流載荷及幾何非線性；通過與懸鏈線法和參考文獻進行對比論證，證明了程序的可靠性。采用動力計算程序?qū)Ω?biāo)系泊系統(tǒng)進行計算，分析了非線性流載荷對系纜的作用。此外，還利用動力程序研究了系纜與海底之間的非線性作用。最后，推導(dǎo)非線性材料系纜的靜力和動力方程，利用程序計算非線性材料系纜在已知激勵作用下的張力特性。 在前兩部分的基礎(chǔ)上，將自由浮體間接時域運動方程和系纜運動方程結(jié)合，構(gòu)造系泊浮體在波浪中運動的時域耦合運動方程，基于編程語言Fortran自主開發(fā)耦合求解模塊。利用耦合求解模塊對一艘系泊FPSO進行計算分析，將計算結(jié)果與軟件結(jié)果對比，驗證了耦合計算程序的準(zhǔn)確性。最后，，利用耦合計算程序?qū)ο挡窗霛撈脚_在不規(guī)則波中的運動進行計算分析。
【關(guān)鍵詞】：浮式結(jié)構(gòu)物 時域模擬 系泊系統(tǒng) 有限元法 耦合分析
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：U653.2;U674.38
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-21
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義9-10
• 1.2 浮體耐波性研究現(xiàn)狀概況10-14
• 1.2.1 二維切片理論10-12
• 1.2.2 三維勢流理論12-14
• 1.3 系泊系統(tǒng)研究現(xiàn)狀概況14-18
• 1.3.1 系泊系統(tǒng)14
• 1.3.2 靜力分析14-16
• 1.3.3 動力分析16-18
• 1.4 耦合分析18-20
• 1.5 本文主要工作20-21
• 第2章 浮式結(jié)構(gòu)物在波浪中運動的頻域分析21-29
• 2.1 流場及浮體坐標(biāo)定義21
• 2.2 浮體運動控制方程及邊界條件21-23
• 2.3 浮體運動的輻射勢及繞射勢求解23-24
• 2.4 浮體頻域運動方程24-25
• 2.5 響應(yīng)傳遞函數(shù)25
• 2.6 算例驗證25-28
• 2.6.1 浮標(biāo)幾何參數(shù)25-26
• 2.6.2 計算結(jié)果26-28
• 2.7 本章小結(jié)28-29
• 第3章 浮式結(jié)構(gòu)物在波浪中運動的間接時域分析29-38
• 3.1 間接時域法計算理論29-31
• 3.1.1 水動力系數(shù)頻域轉(zhuǎn)時域計算29-30
• 3.1.2 時域波浪力計算30-31
• 3.1.3 高頻截斷31
• 3.2 數(shù)值計算方法31-34
• 3.2.1 水動力系數(shù)的數(shù)值計算方法31-32
• 3.2.2 時域運動方程計算及程序流程32-34
• 3.3 算例驗證34-37
• 3.3.1 計算模型34
• 3.3.2 結(jié)果分析34-37
• 3.4 本章小結(jié)37-38
• 第4章 系泊系統(tǒng)非線性分析及數(shù)值計算38-67
• 4.1 系纜運動方程的推導(dǎo)38-43
• 4.1.1 細長彈性桿理論38-40
• 4.1.2 系纜運動控制方程的有限元離散40-43
• 4.2 系纜靜力計算及程序流程43-45
• 4.3 系纜動力計算及程序流程45-48
• 4.4 系纜非線性效應(yīng)分析48-54
• 4.4.1 系纜與海底相互作用48-49
• 4.4.2 非線性材料系纜計算及程序流程49-54
• 4.5 算例驗證54-65
• 4.5.1 常見系纜的靜力計算55-57
• 4.5.2 海洋立管的靜力分析57-58
• 4.5.3 浮標(biāo)動力計算及非線性流載荷分析58-61
• 4.5.4 海底彈性阻尼作用分析61-63
• 4.5.5 非線性系纜計算63-65
• 4.6 本章小結(jié)65-67
• 第5章 系泊浮式結(jié)構(gòu)物的耦合分析67-78
• 5.1 系泊浮體時域運動耦合模型67-70
• 5.1.1 耦合運動方程的建立及程序流程67-68
• 5.1.2 系纜與浮體之間的連接68-69
• 5.1.3 風(fēng)力與流力計算69-70
• 5.2 規(guī)則波中 FPSO 系泊系統(tǒng)耦合計算驗證70-74
• 5.3 不規(guī)則波中半潛平臺系泊系統(tǒng)耦合計算分析74-77
• 5.4 本章小結(jié)77-78
• 結(jié)論78-80
• 參考文獻80-86
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果86-88
• 致謝88

【參考文獻】

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1 張健;浮式結(jié)構(gòu)與柔性構(gòu)件的耦合分析方法研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2012年

本文編號：663588