【摘要】：本文針對極端荷載條件下深水半潛式結(jié)構(gòu)物的波浪砰擊效應(yīng)以及砰擊荷載作用下結(jié)構(gòu)物與波浪場的相互作用進(jìn)行了系統(tǒng)的研究；研究對象由海上板式結(jié)構(gòu)、海上柱板式結(jié)構(gòu)直至深水半潛式結(jié)構(gòu),進(jìn)行了全系列的數(shù)值模擬與水池模型實(shí)驗(yàn)。 文章根據(jù)波浪砰擊問題的兩種不同機(jī)理,針對半潛式平臺受到波浪砰擊作用最為嚴(yán)重的甲板區(qū)域設(shè)計(jì)了兩種簡化結(jié)構(gòu)型式：板式結(jié)構(gòu)與柱板組合式結(jié)構(gòu),對每種結(jié)構(gòu)不同姿態(tài)下的波浪砰擊問題進(jìn)行了規(guī)則波與不規(guī)則波實(shí)驗(yàn)研究。根據(jù)半潛式平臺在海上服役期間可能遇到的縱搖響應(yīng)范圍,通過對結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析,比較了模型在-10°、-5°、0°、5°和10°特征傾角下,受到的砰擊壓強(qiáng)與砰擊壓力特征值的分布規(guī)律及特征；討論了入射波高,相對板寬,模型傾角與波浪砰擊壓強(qiáng)和砰擊壓力的相互關(guān)系；討論了半潛式結(jié)構(gòu)立柱部分對波浪砰擊荷載的影響；研究討論了砰擊荷載與波浪上托力的比例關(guān)系。 針對復(fù)雜的強(qiáng)非線性的波浪砰擊問題提出的簡單有效的特征傾角法,可解決成熟海況下浮式結(jié)構(gòu)甲板部分受波浪砰擊作用的壓強(qiáng)預(yù)報(bào)問題；由于海工結(jié)構(gòu)本身設(shè)計(jì)的固有周期往往遠(yuǎn)離海洋環(huán)境周期,因此,瞬態(tài)條件下浮式結(jié)構(gòu)物的波浪砰擊問題可簡化為波浪與特征傾角下固定結(jié)構(gòu)的相互作用問題。針對大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果提煉并擬合出一套考慮結(jié)構(gòu)縱搖傾角的波浪砰擊荷載預(yù)報(bào)公式。 針對南海HYSY-981深水半潛式平臺,采用比尺為1：100的模型進(jìn)行了錨泊定位、十年操作工況風(fēng)浪聯(lián)合作用下,單向規(guī)則波浪砰擊作用的深水水池實(shí)驗(yàn)。對無錨鏈約束的自存工況下,入射波波高H=10cm-20cm,入射波浪周期T=1.0s-1.6s,平臺模型氣隙高度為14cm范圍內(nèi)的多種工況進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究。在對結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上,給出了深水半潛式平臺的壓力峰值分布情況。采用無因次方法,討論了無因次的砰擊力與相對入射波高H/d、相對立柱間距B/L的關(guān)系。 引入結(jié)構(gòu)動力學(xué)中的經(jīng)典Newmark方法,對結(jié)構(gòu)物在砰擊荷載作用下的動力響應(yīng)進(jìn)行求解,通過有限體積法建立三維半潛式結(jié)構(gòu)與波浪場相互作用的數(shù)學(xué)模型,并依托動網(wǎng)格技術(shù)實(shí)現(xiàn)半潛式平臺在波浪砰擊作用下運(yùn)動響應(yīng)的實(shí)時(shí)模擬。結(jié)果較好地反映了波浪砰擊過程中半潛式結(jié)構(gòu)物的運(yùn)動響應(yīng)情況以及砰擊壓強(qiáng)特性,同時(shí)也為波浪砰擊問題的研究提供了新的手段。
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圖片說明： 圖1.2極端海況對平臺產(chǎn)生的破壞Fig. 1.2 The damage of hurricane and extreme wave on the platform:(a)Ensco 64 platform, (b) Shell Mars platform, (c) Ocean Warwick platfom
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圖片說明： 之間的距離，從而對傳統(tǒng)張力腿平臺的主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行改良。更優(yōu)良的運(yùn)動性能以及更大的承載能力是該類平臺相對于傳統(tǒng)類型張力腿平臺的明顯優(yōu)勢圖1.3給出了四種張力腿平臺結(jié)構(gòu)型式示意圖。半潛式平臺是小水線面概念設(shè)計(jì)的應(yīng)用成果，十九世紀(jì)后期，一種小水線面船出現(xiàn)在船舶工程設(shè)計(jì)人員的眼中，這種新船型的設(shè)計(jì)主要用來檢測船舶高速航行時(shí)的興波阻力，，之后逐漸發(fā)展成為半潛式鉆井船和其他海洋工程裝備。60年代出現(xiàn)的半潛式平臺，為了適應(yīng)不同的水深需要，經(jīng)常要考慮坐底鉆井作業(yè)的要求；但是隨著作業(yè)水深的不斷增加，70年代后期建造的半潛式鉆井平臺逐漸放棄了該功能。半潛式的基本結(jié)構(gòu)由四部-5 _
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：P751;P731.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2515009