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深水FPSO系泊系统时域耦合动力响应

作　者: 魏跃
导　师: 朱克强
学　校: 宁波大学
专　业: 轮机工程
关键词: FPSO 系泊系统非线性有限元耦合分析
分类号: U653.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 66次
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内容摘要

系泊系统作为FPSO的重要组成部分,将FPSO的船体与海底连接,调节在风、浪、流作用下的运动,保证FPSO长期安全地在海上作业。系泊系统的受力与FPSO的运动密切相关,而FPSO运动的大小又取决于锚泊系统系泊力的大小,故二者之间存在一种相互耦合的关系,其规律比较复杂。本文立足于实际工程应用,采用时域非线性有限元法模拟系泊缆索动力特性。本文最大特点在于它是将锚泊系统和浮式结构的动力响应采用有限元的方法统一求解的全耦合分析,即在每个时间步长达到动态平衡以确保浮式结构、缆索耦合作用的连续性处理,避免了解耦合分析带来的精度不高的缺点。目前FPSO的主要系泊方式有单点系统和多点伸展系统,其中以单点系泊系统的应用最为广泛。本文对十二根单点分组系泊、八根单点分组系泊和八根单点对等系泊系泊形式下的FPSO运动响应及系泊力问题进行了研究。得到分组系泊模式单链最大张力比对等的要小80%左右。因此分组系泊模式提供了更好的锚链张力余量,即在锚链张力上有较高安全系数。十二根分组由于多了四根系泊缆索,在系泊总的重量上比八根多了169.8吨左右。给浮体FPSO巨大的下拉力,虽然系泊系统增加了系泊缆索的数量,但是锚链的重量增加比起数量要明显的多,因此锚链的张力并没有随着数量的增加而减少。其次FPSO纵荡与横荡运动幅度不大,因此转塔锚泊定位系统对被系泊的浮体而言,主要作用是限制其水平面内的移动,即纵荡与横荡运动,而对系泊浮体的转动是不加限制的。随着水深的增加作用在FPSO上的波浪漂移力与一阶波浪激振力在同一个数量级,都比较大,故不可忽略。本文研究得到的结论,可为设计人员初步确定系泊形式及缆索的构成提供依据。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-15
  1.1 课题背景及研究意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-14
    1.2.1 系泊缆索力学的研究状况  10-13
    1.2.2 FPSO 研究发展状况  13-14
  1.3 论文主要完成的任务  14-15
2 FPSO 平台简介和系泊形式  15-22
  2.1 FPSO 的组成  15-16
  2.2 系泊系统及系泊链的分布  16-22
3 算例模型  22-40
  3.1 FPSO 三维线性势流理论  22-23
  3.2 FPSO 系泊系统静力分析  23-25
  3.3 系泊系统动力分析理论模型  25-32
    3.3.1 杆单元模型  27-30
    3.3.2 外部分布载荷  30-31
    3.3.3 质量矩阵  31-32
    3.3.4 阻尼矩阵  32
  3.4 大型浮体FPSO  32
  3.5 环境条件  32-38
    3.5.1 海风的算法  33-34
    3.5.2 波浪的算法  34-37
    3.5.3 流的计算  37-38
  3.6 计算方法和程序  38-40
    3.6.1 耦合分析  38
    3.6.2 程序介绍  38-40
4 计算及分析  40-63
  4.1 十二根分组系泊线动态结果  40-46
    4.1.1 系泊缆索张力结果  41-43
    4.1.2 FPSO 动态结果  43-46
    4.1.3 小结  46
  4.2 八根分组系泊线动态结果  46-53
    4.2.1 系泊缆索张力结果  47-50
    4.2.2 FPSO 动态结果  50-53
    4.2.3 小结  53
  4.3 八根对等系泊线动态结果  53-63
    4.3.1 系泊缆索张力结果  54-57
    4.3.2 FPSO 动态结果  57-62
    4.3.3 小结  62-63
5 结论与展望  63-66
  5.1 结论  63-64
  5.2 展望  64-66
参考文献  66-70
在学研究成果  70-71
致谢  71

深水FPSO系泊系统时域耦合动力响应

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