TLP涡激运动数值模拟与水池试验研究

以传统式张力腿平台(Tension Leg Platform)为对象,采用数值模拟与水池实验相结合的方法研究TLP涡激运动问题,以及张力腿和立管涡激振动特性;采用计算流体力学的方法,建立TLP涡激运动数值分析模型,分析均匀流作用下不同流速、来流方向、以及规则波波流联合下TLP涡激运动规律,对张力腿、立管的涡激振动特性进行分析;将数值模拟计算结果与拖曳水池、全水深系泊水池试验结果对比,验证数值模拟与水池试验的一致性。分析结果表明,当流的折合速度在5.5~8.5之间时,TLP涡激运动出现锁频现象,系泊有减小平台横向涡激运动的作用,规则波对于流致涡激运动横荡方向运动有减小作用,而对纵荡的影响是其响应随规则波波高的增加而增加。本文得到的结论可为TLP的运动性能研究和工程设计提供参考。

张力腿平台涡激运动模型试验与数值分析

为揭示张力腿平台涡激运动响应规律,采用数值模拟与模型试验相结合的方法研究了全水深系泊张力腿平台涡激运动响应。根据张力腿平台主尺度参数,按照几何相似制作了水池试验模型,在满足运动相似和动力相似的条件下开展了均匀流、剖面流模型试验,并将模型试验结果与数值模拟结果进行了对比,验证了数值模拟与模型试验结果的一致性。分析结果表明在均匀流作用下张力腿平台涡激运动的锁定区间在5.5<U_(r)<8.5,来流角对涡激运动影响较大。剖面流作用下平台涡激运动规律与均匀流作用基本一致,但剖面流造流引起的能量分散,使平台在XY平面的运动轨迹变得不规律,系泊系统提供的回复力对涡激运动幅值有抑制作用,来流角和流速对张力腿或立管模态影响明显。论文得到结论对于张力腿平台的工程设计有一定借鉴意义。

VIM、VIV对TLP张力腿张力的影响分析

针对多因素影响下的TLP系泊安全问题,以传统式TLP为对象,建立了数值分析模型,进行了时域耦合分析,获得了在正常作业、极端和自存条件下,以及考虑高、低潮位和其他因素影响下的计算结果。计算结果表明,张力腿最大张力和最小张力满足设计要求。在此基础上研究了TLP浮体涡激运动、张力腿涡激振动对张力腿张力的影响。分析结果表明,浮体涡激运动对位于垂直于环境载荷方向的张力腿的张力影响较大,张力腿涡激振动对其张力的影响可以忽略。本文的计算结果和分析方法可为TLP工程设计提供参考。

深水多功能八角形生产平台总体结构强度分析

为保证深水多功能八角形生产平台具有足够的结构强度,需要进行平台结构应力分析。本文建立平台水动力模型,依据结构剖面内力计算、分析结果,应用长期预报方法确定了设计波参数。最后建立平台总体结构有限元模型,对结构模型施加设计波载荷,进行结构应力计算。依据应力分析结果,应用CCS规范对平台结构强度进行校核,校核结果表明平台结构应力基本满足规范要求。本文的研究方法和评估结果可为相关新型浮式平台设计提供参考。

艉锚装置人字架结构优化

在对某船的艉锚收放装置进行结构强度评估的过程中发现:艉锚收放装置的人字架结构在靠近艉部的后侧平板折角位置处应力集中问题十分严重,初始设计方案无法满足结构强度的设计要求。依据人字架结构的结构形式和特点,给出结构优化方案;考虑艉锚收放装置结构重量的设计要求,给出人字架结构合理的优化范围和结构尺寸。该人字架结构优化方案在保证满足结构强度设计要求的同时,能很好地保证满足结构增重不宜过大的设计要求。

基于光纤传感技术的结构应力监测试验研究

基于光纤传感技术,对张力腿平台典型结构型式的模型进行应力监测试验研究,测量并分析施加不同载荷作用产生的结构应力。将光纤监测模型试验结果与有限元仿真结果进行对比分析,探讨光纤传感技术在海洋平台结构应力监测方面的适应性和可行性。研究结果表明,光纤传感器布设方便灵活,由光纤监测和有限元仿真得到的结构应力数据相对误差较小。在控制监测影响因素条件下,分布式光纤光栅传感技术可以可靠监测结构物的应力。

深水平台工程技术研究进展

为进一步推动深水平台技术在南海深水油气田的开发应用,开展了一种集钻井、干式采油和储油于一体的新型浮式平台概念设计,TLP平台工程化关键技术研究包括TLP平台设计、建造安装、水池试验和监测技术,以及深水设施现场监测网络化信息管理平台开发。对于TLP工程化技术研究,突破TLP工程化设计、建造安装和水池试验以及现场监测关键技术,这为TLP在南海应用提供了技术保障。开发完成的深水设施现场监测网络化信息管理平台,经过系统测试,实现了海陆监测系统一体化集成,这将为海上设施的安全运行提供支持。深水平台工程技术研究部分成果已得到应用,随着南海深水油气田的持续勘探和开发,已形成的研究成果将不断投入实际应用。

一种新型深水多功能干树半潜平台水动力性能试验和数值研究

针对南海深远海油气田开发提出一种含有垂荡板的新型深水多功能干树半潜平台构型。与其他新型干树半潜平台相比,该新型平台采用张力腿和柔性接头的方式解决了主船体与垂荡板的连接问题。本文对该新型平台在不同海况下的水动力性能进行了试验和数值研究,数值结果与试验结果较好的吻合度证明了所采用的数值方法的正确性。随后,本文开展了一系列的敏感性分析进一步研究影响平台各项性能的因素。试验和数值研究发现:该新型平台具有优越的垂荡运动性能,可满足干式采油树的使用要求,系泊刚度、系泊长度、谱峰周期和谱峰因子均能影响平台的各项性能。

TLP张力腿下部连接结构分析

为保证张力腿连接装置的结构安全性,本文对其进行了结构强度和疲劳分析。张力腿连接装置的受力分析考虑了三种工况,对每一种工况,考虑了张力腿载荷在不同倾角时的水平分量和垂直分量。在建立了张力腿连接装置结构有限元模型后,针对三种工况,对模型施加载荷,利用结构有限元方法进行了结构应力分析。基于结构强度分析结果,确定了结构热点区域,进而得到热点应力,再利用累计疲劳的方法计算获得结构的疲劳寿命。计算结果表明张力腿连接装置相关结构强度和疲劳寿命满足规范要求。

复杂约束条件下大型油船中剖面结构优化

基于HCSR(散货船、油船协调共同规范)规范描述性要求,同时考虑实际船用钢及型材的规格,以一艘载重量为1.1×105 t的油船为例,研究复杂约束条件下的大型油船中剖面结构优化方法.通过Excel编译目标函数、设计变量与约束条件间的关系,对优化模型进行参数化处理,并通过多学科优化分析软件Isight集成Excel映射数据,分别采取多岛遗传算法、粒子群算法及模拟退火算法,研究不同优化算法对优化结果的影响.结果显示:在复杂约束条件下,算例船中剖面面积分别减小了0.93%,1.02%及1.35%,与基于简单约束的优化结果相比,该方法更加准确有效;模拟退火算法的优化效率更高,结果更优.