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(guī)則波中的頻域水動力。結(jié)果表明，平臺橫蕩的附加質(zhì)量和附加阻尼對平臺的幅值響應(yīng)影響較大，在高頻區(qū)域內(nèi)，幅值響應(yīng)算子（RAO）的變化幅度較小。

關(guān)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(wěn)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(yè)平臺，適用水深廣，隨著海洋開發(fā)事業(yè)的發(fā)展，該種平臺也得到了迅速的發(fā)展。由于半潛式平臺需要長期在某一海域進(jìn)行服役，考慮到多變的海洋環(huán)境和極端海況，所以需要對半潛式平臺在危險(xiǎn)工況條件下的水動力性能等多方面進(jìn)行分析。本文中采用了三維勢流理論，結(jié)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(jìn)行了分析、研究。本文中，頻域水動力分析應(yīng)該包括：附加質(zhì)量、附加阻尼、半潛式海洋平臺六個自由度的運(yùn)動響應(yīng)（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(shè)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(jì)算與分析

1．附加阻尼和附加質(zhì)量計(jì)算結(jié)果半潛式海洋平臺的附加質(zhì)量在固定頻率區(qū)間內(nèi)的變化結(jié)果。數(shù)據(jù)分析中分別用m1、m2和m3表示縱蕩、橫蕩和垂蕩三個平動運(yùn)動方向的附加質(zhì)量。2．幅值響應(yīng)算子（RAO）結(jié)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(yīng)函數(shù)的變化。3．一階波浪力結(jié)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(xiàn)較明顯，所以對規(guī)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(jìn)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(qū)間變化復(fù)雜；由于三個入射方向?qū)Υ故幏较虻挠绊懶。匀齻€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(wěn)定。4．二階波浪力結(jié)果分析因?yàn)檫x用遠(yuǎn)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(jìn)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(xiàn)波峰、波谷。頻率在0.800~1.250Hz區(qū)間內(nèi)，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(dá)到最大，后期分析、設(shè)計(jì)時需要特別關(guān)注該頻率區(qū)間。

三、小結(jié)

本節(jié)對半潛式平臺進(jìn)行了頻域水動力分析，并根據(jù)CCS規(guī)范要求對平臺性能參數(shù)進(jìn)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(shù)。結(jié)論如下：（1）平臺橫蕩的附加質(zhì)量和附加阻尼對平臺的幅值響應(yīng)影響較大，其值在頻率為1.00Hz附近需要著重分析該危險(xiǎn)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(zhì)量的變化均屬同步，略滯后于附加質(zhì)量的變化。在頻率在1.00~1.25Hz的區(qū)間內(nèi)，附加阻尼將達(dá)到峰值，平臺的運(yùn)動受到的阻尼影響也會達(dá)到極值點(diǎn)。（3）半潛式平臺在高頻區(qū)域（ω＞1.25rad/s）內(nèi)，幅值響應(yīng)算子（RAO）的變化幅度較小，該種頻率范圍內(nèi)的運(yùn)動性能表現(xiàn)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(qū)間變化復(fù)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(xiàn)波峰、波谷。

參考文獻(xiàn)

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

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

作者：嚴(yán)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(xué)，2.江蘇科技大學(xué)