Spar、TLP和FPSO等浮式平臺(tái)在深水油氣開(kāi)采中得到了廣泛的應(yīng)用,它們大多采用系泊系統(tǒng)保證其正常作業(yè)并抵御各種災(zāi)害海洋環(huán)境的影響,海洋平臺(tái)及其系泊／立管系統(tǒng)的整體耦合分析是海洋結(jié)構(gòu)物動(dòng)力學(xué)的關(guān)鍵問(wèn)題。隨著水深的增加,系泊纜索和立管的質(zhì)量及其阻尼對(duì)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的影響越來(lái)越大。因此,考慮平臺(tái)和系泊系統(tǒng)之間的動(dòng)力相互作用變得非常重要。在這種情況下,為了全面考慮平臺(tái)和系泊纜索、立管之間的各種相互作用,本文提出了在時(shí)域內(nèi)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行非線性耦合動(dòng)態(tài)分析的方法。本文以三維Laplace方程為基本控制方程建立了二階時(shí)域波浪與結(jié)構(gòu)物相互作用的數(shù)學(xué)模型。利用泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi),將瞬時(shí)物體表面邊界條件和瞬時(shí)自由水面邊界條件分別變換到平均物面和靜水面上滿足。利用攝動(dòng)展開(kāi)并分離級(jí)數(shù),分別建立了相應(yīng)的一階、二階邊值問(wèn)題。選取Rankine源和它關(guān)于海底的鏡像作為格林函數(shù),并利用格林第二定理,建立了關(guān)于波浪場(chǎng)中任意點(diǎn)速度勢(shì)的邊界積分方程。詳細(xì)推導(dǎo)了波浪力的計(jì)算公式,建立了剛體運(yùn)動(dòng)方程,并介紹了利用四階龍格庫(kù)塔法進(jìn)行數(shù)值求解的過(guò)程。采用高階邊界元方法,將積分方程離散成以物面單元節(jié)點(diǎn)速度勢(shì)和自由水面單元節(jié)點(diǎn)速度勢(shì)法向?qū)?shù)為... 

【文章來(lái)源】：大連理工大學(xué)遼寧省211工程院校985工程院校教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：211 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景和意義
    1.2 波浪與物體相互作用研究方法
        1.2.1 數(shù)值方法
        1.2.2 頻域理論
        1.2.3 時(shí)域理論
    1.3 系泊纜索/立管靜動(dòng)力分析方法
        1.3.1 系泊纜索/立管靜力分析方法
        1.3.2 系泊纜索/立管動(dòng)力分析方法
    1.4 波浪與系泊海洋平臺(tái)相互作用的耦合分析方法
    1.5 本文主要研究工作
2 二階時(shí)域波浪與三維物體相互作用數(shù)學(xué)模型
    2.1 控制方程與初-邊界條件
    2.2 二階攝動(dòng)展開(kāi)及泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)
    2.3 遠(yuǎn)場(chǎng)邊界條件的處理
    2.4 邊界積分方程的建立
    2.5 波浪力的計(jì)算
    2.6 浮體運(yùn)動(dòng)方程及其求解方法
        2.6.1 剛體運(yùn)動(dòng)方程
        2.6.2 初始效應(yīng)的處理
        2.6.3 時(shí)間積分過(guò)程
        2.6.4 運(yùn)動(dòng)方程的求解過(guò)程
    2.7 小結(jié)
3 高階邊界元方法及數(shù)值算例
    3.1 積分方程的離散與矩陣方程的建立
        3.1.1 積分方程的離散
        3.1.2 矩陣方程的建立
    3.2 奇異積分的處理
    3.3 固角系數(shù)的求解方法
    3.4 結(jié)構(gòu)對(duì)稱性的簡(jiǎn)化利用
    3.5 二階時(shí)域波物相互作用數(shù)值算例
        3.5.1 直立圓柱的繞射
        3.5.2 截?cái)鄨A柱的繞射
        3.5.3 線彈性約束漂浮半球的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)
    3.6 小結(jié)
4 系泊纜索/立管靜動(dòng)力分析方法及數(shù)值算例
    4.1 細(xì)長(zhǎng)桿理論
    4.2 有限元模擬方法
    4.3 靜力問(wèn)題求解方法
    4.4 動(dòng)力問(wèn)題求解方法
    4.5 系泊纜索/立管靜動(dòng)力分析數(shù)值算例
        4.5.1 系泊纜索/立管的基本假定及邊界條件
        4.5.2 系泊纜索的靜力計(jì)算分析
        4.5.3 浮標(biāo)垂向錨纜的靜動(dòng)力計(jì)算分析
        4.5.4 合成系泊纜索的動(dòng)力計(jì)算分析
        4.5.5 立管的靜力計(jì)算分析
    4.6 小結(jié)
5 深水浮式結(jié)構(gòu)與系泊/立管系統(tǒng)的耦合分析方法及數(shù)值算例
    5.1 耦合運(yùn)動(dòng)方程
    5.2 邊界條件
    5.3 粘性阻尼矩陣B的選取
    5.4 風(fēng)流荷載和二階非線性不規(guī)則波的模擬方法
        5.4.1 風(fēng)流荷載的模擬方法
        5.4.2 二階非線性不規(guī)則波的模擬方法
    5.5 靜態(tài)耦合問(wèn)題
    5.6 動(dòng)態(tài)耦合問(wèn)題
    5.7 線性彈簧約束漂浮圓柱的耦合響應(yīng)
    5.8 小結(jié)
6 深水浮式平臺(tái)系統(tǒng)的耦合動(dòng)態(tài)分析研究
    6.1 規(guī)則波與Classic Spar及其系泊系統(tǒng)相互作用的耦合動(dòng)態(tài)分析
        6.1.1 Classic Spar平臺(tái)模型
        6.1.2 系泊系統(tǒng)模型
        6.1.3 網(wǎng)格剖分模型
        6.1.4 318.5米水深模擬結(jié)果
        6.1.5 1218米水深模擬結(jié)果
    6.2 規(guī)則波與TLP及其Tendon系統(tǒng)相互作用的耦合動(dòng)態(tài)分析
        6.2.1 TLP平臺(tái)模型
        6.2.2 Tendon系統(tǒng)模型
        6.2.3 網(wǎng)格剖分模型
        6.2.4 波浪力
        6.2.5 平臺(tái)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)
        6.2.6 Tendon張力
        6.2.7 三維波面
    6.3 規(guī)則波與Truss Spar及其系泊/立管系統(tǒng)相互作用的耦合動(dòng)態(tài)分析
        6.3.1 Truss Spar平臺(tái)模型
        6.3.2 系泊/立管系統(tǒng)模型
        6.3.3 網(wǎng)格剖分模型
        6.3.4 平臺(tái)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)
        6.3.5 系泊/立管張力
        6.3.6 三維波面與波浪爬高
    6.4 不規(guī)則波與Truss Spar及其系泊/立管系統(tǒng)相互作用的耦合動(dòng)態(tài)分析
        6.4.1 二階非線性不規(guī)則波的模擬結(jié)果
        6.4.2 網(wǎng)格剖分模型
        6.4.3 波浪力
        6.4.4 平臺(tái)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)
        6.4.5 系泊/立管張力
        6.4.6 三維波面與波浪爬高
        6.4.7 統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果及與實(shí)驗(yàn)的對(duì)比
    6.5 風(fēng)、不規(guī)則波、流共同作用下Truss Spar平臺(tái)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)
        6.5.1 平臺(tái)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)
        6.5.2 系泊/立管張力
    6.6 小結(jié)
7 結(jié)論與展望
    7.1 本文結(jié)論
    7.2 研究展望
參考文獻(xiàn)
創(chuàng)新點(diǎn)摘要
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝
作者簡(jiǎn)介


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[4]集中質(zhì)量法計(jì)算深海系泊沖擊張力[J]. 唐友剛,張若瑜,程楠,趙晶瑞.  天津大學(xué)學(xué)報(bào). 2009(08)
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博士論文
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[3]不規(guī)則波中浮體二階水動(dòng)力時(shí)域數(shù)值模擬[D]. 徐剛.哈爾濱工程大學(xué) 2010
[4]基于慣性耦合的深水鋼懸鏈線立管非線性分析方法研究[D]. 白興蘭.中國(guó)海洋大學(xué) 2009
[5]深海半潛式平臺(tái)初步設(shè)計(jì)中的若干關(guān)鍵問(wèn)題研究[D]. 陳新權(quán).上海交通大學(xué) 2007
[6]快速多極子方法在多浮體和水彈性問(wèn)題中的應(yīng)用[D]. 勾瑩.大連理工大學(xué) 2006
[7]非線性波浪與任意三維物體的相互作用[D]. 柏威.大連理工大學(xué) 2001



本文編號(hào)：3616055