半潛式平臺(tái)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)參數(shù)敏感性分析及組合結(jié)構(gòu)減振.pdf

1、隨著陸地油氣資源的枯竭和油氣需求增加，海底油氣的開(kāi)采已經(jīng)向深水域和超深水域不斷發(fā)展。半潛式平臺(tái)具有總投資相對(duì)小，甲板空間和甲板可變載荷更大，工作水深范圍更廣，易于改造，具備鉆井、修井、生產(chǎn)等多種工作功能等優(yōu)點(diǎn),將是深海油氣資源作業(yè)裝備的更佳選擇。
　　運(yùn)動(dòng)響應(yīng)是半潛式平臺(tái)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，是平臺(tái)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析的前提條件。由于半潛式平臺(tái)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工作環(huán)境特殊，影響平臺(tái)運(yùn)行響應(yīng)的參數(shù)繁多。工作水深、裝載工況、風(fēng)浪流等環(huán)境條件、平臺(tái)的定位方式等

2、都會(huì)對(duì)已確定主尺寸參數(shù)的平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)有一定影響。本文針對(duì)這些因素對(duì)半潛式平臺(tái)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)影響的敏感性進(jìn)行了全面研究，為深入掌握半潛式平臺(tái)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，科學(xué)指導(dǎo)設(shè)計(jì)提供有益參考。
　　海洋工程向深水和超深水發(fā)展，半潛式平臺(tái)的重量控制和甲板可變載荷問(wèn)題越來(lái)越得到重視。對(duì)海洋平臺(tái)工作環(huán)境要求越來(lái)越嚴(yán)格，平臺(tái)上振動(dòng)與噪聲也是不可忽略的問(wèn)題。復(fù)合材料的低密度、高強(qiáng)度、高阻尼、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，使其在船舶海洋工程結(jié)構(gòu)中逐步得到應(yīng)用。在滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求的

3、基礎(chǔ)上應(yīng)用復(fù)合材料可以減輕結(jié)構(gòu)重量，降低振動(dòng)，增加平臺(tái)的甲板可變載荷。本文對(duì)金屬-復(fù)合材料組合結(jié)構(gòu)在半潛式平臺(tái)中減振減重設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了研究，其成果對(duì)未來(lái)該技術(shù)推廣應(yīng)用提供借鑒。
　　依托海洋石油982半潛式平臺(tái)的基本設(shè)計(jì)，以及國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“艦船金屬-復(fù)合材料組合結(jié)構(gòu)減振降噪優(yōu)化設(shè)計(jì)理論與試驗(yàn)研究”，本文主要進(jìn)行了如下研究：
　　1.以一典型雙浮箱潛式平臺(tái)為例，介紹了工程界中半潛式平臺(tái)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的主要分析方法。
　

4、　2.由于生產(chǎn)制造與工作中平臺(tái)壓載水和甲板可變載荷等位置的改變，導(dǎo)致平臺(tái)質(zhì)量回轉(zhuǎn)半徑的變化，且半潛式平臺(tái)工作水深變化范圍較大（100米～3000米），以此半潛式平臺(tái)為例，研究了自存工況下平臺(tái)質(zhì)量回轉(zhuǎn)半徑和工作水深對(duì)半潛式平臺(tái)的RAO’s、氣隙、波浪載荷和設(shè)計(jì)波等的影響敏感性。
　　3.本文運(yùn)用水池試驗(yàn)結(jié)果修正數(shù)值模型，并結(jié)合風(fēng)洞試驗(yàn)的方法，提出了一種可同時(shí)考慮風(fēng)、浪、流和全尺寸錨泊系統(tǒng)等因素，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的方法。由于船級(jí)社

5、規(guī)范對(duì)半潛式平臺(tái)氣隙分析的要求中，沒(méi)有規(guī)定是否要考慮風(fēng)和流對(duì)平臺(tái)氣隙的影響，本文運(yùn)用該方法在時(shí)域內(nèi)分析研究了風(fēng)、流以及錨泊系統(tǒng)對(duì)平臺(tái)氣隙和甲板箱所承受波浪砰擊載荷影響的敏感性。
　　4.以上述半潛式平臺(tái)為例，依據(jù)DNV規(guī)范介紹了半潛式平臺(tái)的錨泊系統(tǒng)、DP系統(tǒng)和ATA系統(tǒng)的定位能力分析方法。針對(duì)半潛式平臺(tái)DP定位系統(tǒng)特性和船級(jí)社規(guī)范要求，提出了一種可以準(zhǔn)確考慮流、船體等因素對(duì)推進(jìn)器有效推力影響的平臺(tái)DP系統(tǒng)定位能力分析方法—靜態(tài)逐級(jí)

6、增加力矩法。運(yùn)用Matlab語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了靜態(tài)逐級(jí)增加力矩法對(duì)半潛式平臺(tái)DP系統(tǒng)定位能力的分析，并對(duì)該方法的可行性進(jìn)行了驗(yàn)證；提出了一種基于模糊控制理論的錨泊系統(tǒng)布錨方式優(yōu)化方法。揭示了在相同的吃水情況下，不同定位方式對(duì)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的敏感性。
　　5.文中提出了一種可以同時(shí)考慮平臺(tái)總體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和波浪砰擊載荷的屈曲和屈服分析方法。運(yùn)用這種分析方法，以上述平臺(tái)為例計(jì)算了橫撐結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，分析結(jié)果得到CCS和DNV船級(jí)社的認(rèn)可。
　　6.根據(jù)

7、深水半潛式平臺(tái)對(duì)重量控制和甲板可變載荷的嚴(yán)格要求及復(fù)合材料的特性，研究了金屬-復(fù)合材料組合結(jié)構(gòu)在平臺(tái)設(shè)計(jì)中的減振與結(jié)構(gòu)減重的優(yōu)化設(shè)計(jì)。結(jié)合層合部件法與SIMP方法，提出一種對(duì)金屬-復(fù)合材料組合結(jié)構(gòu)同時(shí)進(jìn)行尺寸、選材和拓?fù)涞膭?dòng)力學(xué)優(yōu)化方法，實(shí)現(xiàn)了半潛式平臺(tái)的減重和減振的目標(biāo)，并通過(guò)三桿桁架、十桿桁架組合結(jié)構(gòu)和減振浮筏組合結(jié)構(gòu)的數(shù)值模擬驗(yàn)證了該方法的可行性和優(yōu)越性。
　　7.文中以減振浮筏為例，研究了組合結(jié)構(gòu)中不同正交接頭類型（T型、