半潛式海洋平臺水動力性能探討范文

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摘要：本文以一艘半潛式海洋平臺為研究對象，利用AQWA研究平臺在規則波中的頻域水動力。結果表明，平臺橫蕩的附加質量和附加阻尼對平臺的幅值響應影響較大，在高頻區域內，幅值響應算子（RAO）的變化幅度較小。

關鍵詞：半潛式平臺；Workbench；頻域水動力

引言

半潛式海洋平臺又稱為立柱穩定式平臺（StableColumnPlatform），是一種常見的浮式海洋平臺類型[1]。該平臺是一種深水作業平臺，適用水深廣，隨著海洋開發事業的發展，該種平臺也得到了迅速的發展。由于半潛式平臺需要長期在某一海域進行服役，考慮到多變的海洋環境和極端海況，所以需要對半潛式平臺在危險工況條件下的水動力性能等多方面進行分析。本文中采用了三維勢流理論，結合AQWA仿真軟件對半潛式海洋平臺在某種工作海況下的水動力性能進行了分析、研究。本文中，頻域水動力分析應該包括：附加質量、附加阻尼、半潛式海洋平臺六個自由度的運動響應（RAO）、一階波浪力和二階定常波浪載荷等。

一、模型建立以及入射波設置

本文主要的研究的是半潛式海洋平臺，該種平臺由上體、四根中間柱體，兩個浮箱和中間連接組成。

二、水動力性能計算與分析

1．附加阻尼和附加質量計算結果半潛式海洋平臺的附加質量在固定頻率區間內的變化結果。數據分析中分別用m1、m2和m3表示縱蕩、橫蕩和垂蕩三個平動運動方向的附加質量。2．幅值響應算子（RAO）結果分析本文RAO的分析中，首先定義3個入射波浪向，分別為0、45和90°；考慮半潛式平臺在1,000m工作水深時的6自由度方向頻率幅值響應函數的變化。3．一階波浪力結果分析由于一階波浪力主要作用效果是在縱蕩、垂蕩和縱搖三個自由度上體現較明顯，所以對規則波下的一階波浪力的研究需要對主要作用的三個自由度方向進行分析。縱蕩和縱搖兩個自由度在低頻部分的變化幅度較小，高頻區間變化復雜；由于三個入射方向對垂蕩方向的影響小，所以三個入射方向的一階波浪力的變化趨勢一致，在低頻時變化較大，并呈下降趨勢；到高頻階段，在一定浮動后，三個方向的一階波浪力趨于相對穩定。4．二階波浪力結果分析因為選用遠場積分法的緣故，只需要對縱蕩、橫蕩和首搖三個自由度方向進行分析。如圖6，二階波浪力在這三個自由度方向上，處于低頻階段的變化均較小，趨向于平緩；在過度到高頻及部分高頻階段，二階波浪力的變化較為劇烈，甚至出現波峰、波谷。頻率在0.800~1.250Hz區間內，縱蕩、橫蕩和首搖三個自由度方向的二階波浪力的變化范圍達到最大，后期分析、設計時需要特別關注該頻率區間。

三、小結

本節對半潛式平臺進行了頻域水動力分析，并根據CCS規范要求對平臺性能參數進行輸出，得到在半潛式平臺頻域分析的一系列水動力性能參數。結論如下：（1）平臺橫蕩的附加質量和附加阻尼對平臺的幅值響應影響較大，其值在頻率為1.00Hz附近需要著重分析該危險頻率，以確保平臺長期服役的人員和平臺安全。（2）附加阻尼和附加質量的變化均屬同步，略滯后于附加質量的變化。在頻率在1.00~1.25Hz的區間內，附加阻尼將達到峰值，平臺的運動受到的阻尼影響也會達到極值點。（3）半潛式平臺在高頻區域（ω＞1.25rad/s）內，幅值響應算子（RAO）的變化幅度較小，該種頻率范圍內的運動性能表現良好。（4）對于一階波浪力，縱蕩和縱搖兩個自由度在低頻部分的變化幅度較小，高頻區間變化復雜。（5）二階波浪力處于低頻階段的變化均較小，趨向于平緩；在過度到高頻及部分高頻階段，二階波浪力的變化較為劇烈，甚至出現波峰、波谷。

參考文獻

[1]方學智.船舶與海洋工程概論[M].北京：清華大學出版社，2012：01-203.

[2]陳鵬，馬駿，黃進浩等.基于AQWA的半潛式平臺水動力分析及系泊性能計算分析[J].船舶工程，2013，42（3）：45-46.

作者：嚴琦1；郭建廷2；楊弘煒1；袁亞帥1；杜欽1 單位：1.江蘇科技大學，2.江蘇科技大學