Spar平台波浪载荷计算分析

论文摘要

本文针对深海Spar平台主体在线性波浪作用下的绕射,辐射等水动力问题进行了相关性的研究,论述综合参考相关文献,运用适当的数学模型描述了此种平台相关问题,并运用相关理论对已投入使用的三座Spar平台的波浪载荷和辐射力进行计算,得到了一些参考与启示;总结了完整的Spar平台本体波浪绕射和辐射的分析理论和计算方法。笔者所做的主要的工作如下:1.根据世界上已经投入使用的Spar平台的工程实际资料,以Spar平台结构形式的发展为主线,详细论述了Spar平台的演变和更新,着重介绍了各种类型Spar平台的结构特点、运动性能、经济性和优缺点,将Spar平台这一目前比较流行的海洋平台类型与其它海洋平台对比,分析各种平台的优缺点。2.将Spar平台结构简化为孤立截断浮式圆柱,研究了此种平台主体上波浪的线性波绕射问题。在理想流体的前提下,采用特征函数法和匹配渐进法半解析法推导波浪力的一般公式。在入射波浪频率为0.05-1.2rad/s的范围内不考虑波浪角分别得到三座平台实例的纵荡激励力、垂荡激励力和纵摇激励力矩图。3.研究了Spar平台的波浪辐射问题,继续将Spar平台结构简化为孤立截断浮式圆柱,不考虑锚链力和海底基础,求解五个自由度方向的附加质量和阻尼系数计算问题。在计算中,不考虑不同频率、不同运动模态之间的相互耦合,忽略沉箱运动对水体的影响,在入射波浪频率为0.05-1.0rad/s的范围内分别得到三座平台实例的各附加质量和阻尼系数图。4.用MATLAB软件编制了两套程序,可分别用于作用在这种平台的线性波浪载荷、附加质量与阻尼系数的计算。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 金融危机后的深水海洋工程的发展空间
• 1.2 深水海洋平台的种类
• 1.2.1 半潜式平台
• 1.2.2 浮式生产储卸油系统FPSO/FPSDO
• 1.2.3 深水张力腿平台TLP
• 1.2.4 深吃水圆柱筒式平台Spar
• 1.3 Spar平台的技术现状
• 1.4 论文的主要研究工作
• 2 Spar平台种类及其结构
• 2.1 Spar平台的产生及发展过程
• 2.2 Spar平台的总体结构
• 2.2.1 第一代Spar平台——Classic Spar
• 2.2.2 第二代Spar平台—Truss Spar
• 2.2.3 第三代Spar平台—Cell Spar
• 2.3 Spar平台的总体性能
• 2.4 小结
• 3 Spar平台的绕射力计算
• 3.1 荷载计算的理论基础
• 3.1.1 直立浮式圆柱绕射问题的数学提法
• 3.1.2 基本假设和坐标系统
• 3.2 孤立的直立浮式圆柱一阶绕射问题求解
• 3.2.1 流场速度势的求解
• 3.2.2 孤立、截断、直立浮式圆柱体波浪载荷计算
• 3.3 Spar平台的波浪载荷编程计算
• 0,k_q,Bessel函数的计算'>3.3.1 关于k₀,k_q,Bessel函数的计算
• 3.3.2 方程组系数求解
• 3.3.3 平台实例计算
• 3.4 Spar平台的波浪载荷计算分析
• 3.4.1 波浪力在x方向的分力
• 3.4.2 波浪力在z方向的分力
• 3.4.3 波浪在y方向的力矩
• 3.5 小结
• 4 Spar平台的波浪辐射力计算
• 4.1 Spar平台波浪辐射力计算的理论基础
• 4.1.1 水动力系数的数学提法
• 4.1.2 基本假设和坐标系统
• 4.2 孤立直立浮动圆柱辐射问题的求解
• 4.2.1 流场速度势的求解
• 4.2.2 孤立浮动圆柱体水动力系数计算
• 4.3 Spar平台的水动力系数编程求解
• 4.3.1 系数方程组
• 4.3.2 计算实例结果分析
• 4.4 小结
• 5 总结和展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢