半潛式平臺運動響應(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，海底油氣的開采已經(jīng)向深水域和超深水域不斷發(fā)展。半潛式平臺具有總投資相對小，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,將是深海油氣資源作業(yè)裝備的更佳選擇。
　　運動響應(yīng)是半潛式平臺設(shè)計的基礎(chǔ)，是平臺結(jié)構(gòu)強度分析的前提條件。由于半潛式平臺結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工作環(huán)境特殊，影響平臺運行響應(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、平臺的定位方式等

2、都會對已確定主尺寸參數(shù)的平臺的運動響應(yīng)有一定影響。本文針對這些因素對半潛式平臺運動響應(yīng)影響的敏感性進行了全面研究，為深入掌握半潛式平臺運動規(guī)律，科學(xué)指導(dǎo)設(shè)計提供有益參考。
　　海洋工程向深水和超深水發(fā)展，半潛式平臺的重量控制和甲板可變載荷問題越來越得到重視。對海洋平臺工作環(huán)境要求越來越嚴(yán)格，平臺上振動與噪聲也是不可忽略的問題。復(fù)合材料的低密度、高強度、高阻尼、耐腐蝕等優(yōu)點，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，增加平臺的甲板可變載荷。本文對金屬-復(fù)合材料組合結(jié)構(gòu)在半潛式平臺中減振減重設(shè)計方法進行了研究，其成果對未來該技術(shù)推廣應(yīng)用提供借鑒。
　　依托海洋石油982半潛式平臺的基本設(shè)計，以及國家自然科學(xué)基金項目“艦船金屬-復(fù)合材料組合結(jié)構(gòu)減振降噪優(yōu)化設(shè)計理論與試驗研究”，本文主要進行了如下研究：
　　1.以一典型雙浮箱潛式平臺為例，介紹了工程界中半潛式平臺運動響應(yīng)的主要分析方法。
　

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

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

6、增加力矩法。運用Matlab語言實現(xiàn)了靜態(tài)逐級增加力矩法對半潛式平臺DP系統(tǒng)定位能力的分析，并對該方法的可行性進行了驗證；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，不同定位方式對平臺運動的敏感性。
　　5.文中提出了一種可以同時考慮平臺總體結(jié)構(gòu)強度和波浪砰擊載荷的屈曲和屈服分析方法。運用這種分析方法，以上述平臺為例計算了橫撐結(jié)構(gòu)強度，分析結(jié)果得到CCS和DNV船級社的認(rèn)可。
　　6.根據(jù)

7、深水半潛式平臺對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)在平臺設(shè)計中的減振與結(jié)構(gòu)減重的優(yōu)化設(shè)計。結(jié)合層合部件法與SIMP方法，提出一種對金屬-復(fù)合材料組合結(jié)構(gòu)同時進行尺寸、選材和拓?fù)涞膭恿W(xué)優(yōu)化方法，實現(xiàn)了半潛式平臺的減重和減振的目標(biāo)，并通過三桿桁架、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、