深水平臺(tái)錨泊定位系統(tǒng)動(dòng)力特性與響應(yīng)分析.pdf

1、目前，我國(guó)的海洋油氣資源開(kāi)采主要集中在渤海海域，而占我國(guó)領(lǐng)海面積3/4比例的南海海域，油氣資源開(kāi)發(fā)近乎空白。據(jù)初步估計(jì)，整個(gè)南海海域的石油地質(zhì)儲(chǔ)量大約在230億-300億噸之間，約占我國(guó)總資源量的1/3，屬于世界四大海洋油氣聚集中心區(qū)域之一，具有“第二個(gè)波斯灣”的美稱。我國(guó)油氣資源開(kāi)發(fā)目前主要集中在200m水深以下的近海海域，油氣開(kāi)發(fā)的最大鉆探水深為500多米，最大作業(yè)水深僅為300多米，深水油氣開(kāi)發(fā)技術(shù)儲(chǔ)備嚴(yán)重不足，與國(guó)外海洋工程技術(shù)

2、水平差距明顯。令人遺憾的是，在我國(guó)南海和周圍國(guó)家有所爭(zhēng)議的海域，越南和菲律賓等國(guó)家已經(jīng)率先開(kāi)始在這些爭(zhēng)議海域開(kāi)始了石油開(kāi)采，加快南海區(qū)域海洋油氣開(kāi)采的步伐已經(jīng)迫在眉睫。
　　深海采油平臺(tái)一般均需要通過(guò)錨泊定位系統(tǒng)來(lái)保持其在一個(gè)相對(duì)固定的位置，所以錨泊定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)是海上浮式結(jié)構(gòu)物整體設(shè)計(jì)過(guò)程中絕不可忽視的重要環(huán)節(jié)。錨泊定位系統(tǒng)性能主要取決于海洋環(huán)境條件、浮式結(jié)構(gòu)物和錨泊線所受的環(huán)境荷載作用、錨泊線的材料及其動(dòng)力性能、錨泊線布置形式、

3、海水水深等因素的影響。建立合適的數(shù)值計(jì)算模型和相應(yīng)的分析技術(shù)可從機(jī)理上研究錨泊定位系統(tǒng)的動(dòng)力特性、預(yù)測(cè)錨泊定位性能，并能夠進(jìn)一步的指導(dǎo)設(shè)計(jì)及施工。
　　錨泊定位系統(tǒng)的分析主要包括兩部分內(nèi)容：錨泊線自身的性能研究和對(duì)浮式結(jié)構(gòu)物的作用。錨泊線自身的性能研究包括其靜動(dòng)力性能、疲勞性能、錨泊基礎(chǔ)性能三部分。對(duì)浮式結(jié)構(gòu)物的作用主要表現(xiàn)在：錨泊阻尼的影響、與浮式結(jié)構(gòu)物的耦合作用。這些問(wèn)題的解決途徑仍然是數(shù)值模擬與模型試驗(yàn)兩種方法，但在具體的實(shí)

4、施過(guò)程中仍然存在很多的問(wèn)題需要解決。本文主要研究工作包括以下幾部分內(nèi)容：
　　1.利用分段外推法進(jìn)行錨泊系統(tǒng)靜力特性分析，計(jì)算中考慮豎向位移對(duì)復(fù)合錨泊線回復(fù)力特性的影響；采用非線性有限元方法進(jìn)行錨泊線動(dòng)力響應(yīng)計(jì)算；對(duì)復(fù)合錨泊線自振頻率和剛度等動(dòng)力特性進(jìn)行比較分析，其中對(duì)聚酯纖維錨泊線的材料特性進(jìn)行了總結(jié)。
　　2.采用非線性有限元時(shí)域方法針對(duì)深水錨泊線為浮式平臺(tái)的阻尼貢獻(xiàn)進(jìn)行計(jì)算；針對(duì)不同參數(shù)的影響進(jìn)行研究并得到一些規(guī)律性認(rèn)

5、識(shí)，并對(duì)這些規(guī)律性認(rèn)識(shí)分別進(jìn)行統(tǒng)一化的公式擬合；對(duì)復(fù)合錨泊線的錨泊阻尼特性進(jìn)行比較。
　　3.針對(duì)HYSY-981半潛式平臺(tái)，在哈爾濱工業(yè)大學(xué)大氣邊界層風(fēng)洞及波浪模擬水槽中進(jìn)行物理模型試驗(yàn)；基于靜力等效設(shè)計(jì)等效水深截?cái)噱^泊系統(tǒng)；獲得半潛式平臺(tái)及其錨泊系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)；根據(jù)模型試驗(yàn)與數(shù)值模擬的比較結(jié)果，提出利用粘滯阻尼器補(bǔ)償截?cái)噱^泊線和全水深錨泊線動(dòng)力性能差別的新概念；對(duì)具有粘滯阻尼器補(bǔ)償截?cái)噱^泊系統(tǒng)的半潛式平臺(tái)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)及錨泊

6、張力進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，并與原計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較。
　　4.對(duì)DDMS平臺(tái)及其錨泊系統(tǒng)進(jìn)行各短期海況下的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)計(jì)算，計(jì)算分別采用鋼鏈-鋼索-鋼鏈系統(tǒng)和鋼鏈-聚酯纖維系纜-鋼鏈系統(tǒng)兩種具有相同靜回復(fù)力特性的錨泊系統(tǒng)；采用雨流計(jì)數(shù)法對(duì)錨泊線頂端張力時(shí)程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得到疲勞載荷譜；采用基于S-N曲線的Palsren-Miner線性累計(jì)損傷理論對(duì)這兩種錨泊線在長(zhǎng)期海況下的疲勞壽命進(jìn)行比較計(jì)算。
　　5.采用ABAQUS建立拖曳錨極限抗拔力分析