深水半潜式平台锚泊截断的静力和低频阻尼等效试验方法工程力学专业论文.docxVIP

III III M II Il Ullllll III 111111111 Y3 044489 大连理工大学学位论文独创性声明 作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的 成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或 集体己经发表的研究成果，也不包含其他己申请学位或其他用途使用过的成果。与我一 同工作的同志对本研究所做的贡献均己在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文题目： 作者签名： 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间论文工作的知 识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有权保留论文并向国家有关部 门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索，可以采用影印、缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 学位论文题目： 作者签名： 导师签名： 答辩委员会主席 万方数据 大连理工大学博士学位论文摘 大连理工大学博士学位论文 摘 要 现今，从浅海走向深水，是世界海上石油和天然气资源开发的大趋势，工业界和研 究学者们也把目光越来越多的聚焦在深水工程上来。模型试验水池的空间尺度有限，随 着深水工程的发展，当浮式平台的工作水深增加到1500米～3000米时，目前世界范围内 模型试验水池的空间尺度已经不足以支持对全水深下浮式平台及其锚泊系统进行合理 比尺的模型试验。因此，需要在截断水深下对浮式平台进行物理模型试验，那么锚泊系 统需要重新设计以确保平台具有与全水深下一致的运动性能。 锚泊系统是深水浮式平台定位和运动约束系统，为平台提供静回复力和阻尼力。考 虑作用在上部浮式平台的静态和动态环境载荷，锚泊系统需要提供足够的静回复力和阻 尼力以保证平台被限制在井口周围一定范围内运动。在不规则波的激励下，浮式平台会 受到二阶低频慢漂力的作用。低频慢漂力通常会引起平台在水平方向上的大幅低频共振 运动，因此，锚泊阻尼水平对于深水浮式平台运动响应来说十分重要。一旦截断水深锚 泊系统可以具有和全水深锚泊系统等效的静回复力特性和低频阻尼特性，那么其就有可 能代替全水深锚泊系统而直接进行物理模型试验。 本论文以截断水深下锚泊系统的等效优化设计为核心，以深水半潜式平台为研究对 象，对锚泊系统静力和低频阻尼同时等效截断的模型试验方法进行研究。研究工作主要 包括以下几部分内容： 1．锚泊系统静力和阻尼计算方法及其试验研究：首先，阐述使用分段外推法求解锚 泊系统所提供静回复力的步骤；然后，对考虑法向和切向拖曳力以及锚泊线底部与海床 之间摩擦力的改进拟静力锚泊阻尼计算方法进行理论推导和介绍，并且通过与其他学者 研究结果以及AQWA软件计算结果的比较分析，验证该简化计算方法的正确性和有效 性；最后，以悬链线式锚链为研究对象，使用l：70缩尺比在大连理工大学海岸和近海工 程国家重点实验室非线性波浪水槽进行物理模型试验，通过试验结果和简化计算结果的 比较分析，进一步验证该方法的正确性和有效性。 2．锚泊系统静回复力和阻尼对深水半潜式平台运动响应的影响：首先，介绍三维势 流理论下的频域分析方法；然后，阐述基于Cummins脉冲响应理论的间接时域耦合分 析方法；最后，以深水悬链线式锚泊系统为基准，分别以静回复力刚度相同、锚泊系统 阻尼不同和静回复力刚度不同、锚泊系统阻尼基本相同为原则，各设计两组对比锚泊系 统，并以一座工作水深为1500m的深水半潜式平台为研究对象，分别对其在以上五组锚 泊系统约束条件下的运动响应进行时域耦合计算，并对各组锚泊系统约束下平台运动响 应的低频和波频成分进行对比分析。 万方数据 深水半潜式平台锚泊截断的静力和低频阻尼等效试验方法3．截断水深下锚泊系统等效优化设计：首先，根据锚泊系统静力特性一致为等效原 深水半潜式平台锚泊截断的静力和低频阻尼等效试验方法 3．截断水深下锚泊系统等效优化设计：首先，根据锚泊系统静力特性一致为等效原 则，应用遗传算法对截断水深下锚泊系统进行等效优化设计，开发相应的优化设计程序， 并对实例进行优化设计：然后，提出新的截断水深下锚泊系统优化设计方法，根据锚泊 系统静回复力和低频阻尼特性同时等效的设计原则，利用遗传算法针对新的加权目标函 数对截断锚泊系统进行优化设计，开发相应程序，并对实例进行优化设计；最后，以 1500m工作水深半潜式平台为研究对象，对平台在全水深锚泊系统、仅静力等效截断锚 泊系统以及静力和低频阻尼同时等效截断锚泊系统约束下的运动响应进行比较计算，以 验证新的截断锚泊系统等效设计方法优越性。 4．锚泊系统静力和低频阻尼等效截断试验方法的适用性研究：首先，讨论该模型试 验方法是否适用于不同