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1、Spar平臺(tái)水動(dòng)力性能分析及其系泊纜失效研究HydrodynamicPerformanceAnalysisandMooringCableFailureResearchofSparPlatform工程領(lǐng)域：船舶與海洋工程作者姓名：蔡曉雄指導(dǎo)教師：曾恒一教授企業(yè)導(dǎo)師：徐立新天津大學(xué)建筑工程學(xué)院2017年11月摘要深水Spar平臺(tái)是人類挺進(jìn)深遠(yuǎn)海、開發(fā)深海油氣資源的一種關(guān)鍵工具。由于深海環(huán)境載荷復(fù)雜多變，風(fēng)載荷、波浪載荷和海流載荷綜合作用下工況惡劣，Spar平臺(tái)的水動(dòng)力性能和系泊系統(tǒng)需要經(jīng)受嚴(yán)格的考驗(yàn)。本文基于某1507米水深海域的深海Spar平臺(tái)，計(jì)算了TrussSpar平臺(tái)
2、系泊系統(tǒng)的特性及其動(dòng)力響應(yīng)情況，研究系泊纜失效條件下平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)及其對系泊性能的影響。這項(xiàng)工作有較高的應(yīng)用價(jià)值和社會(huì)效益。主要包括如下幾個(gè)方面內(nèi)容：Spar平臺(tái)的水動(dòng)力性能分析?；谌S勢流理論，建立Spar平臺(tái)的幾何模型和水動(dòng)力分析模型，計(jì)算得到平臺(tái)的各項(xiàng)水動(dòng)力系數(shù)，包括附加質(zhì)量系數(shù)、阻尼系數(shù)、一階波浪力等結(jié)果。在Spar平臺(tái)總體響應(yīng)分析的基礎(chǔ)上，用時(shí)域方法對Spar平臺(tái)及其系泊系統(tǒng)進(jìn)行耦合分析，得到平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的時(shí)歷曲線，作為系泊系統(tǒng)與平臺(tái)主體耦合運(yùn)動(dòng)分析的重要基礎(chǔ)。平臺(tái)系泊系統(tǒng)的性能受到不同環(huán)境條件和載荷工況等因素的影響，本文著重研究了環(huán)境條件、系泊方式和系泊纜材料三
3、種重要因素，采用控制變量的方法，通過對比分析，確定各參數(shù)的變化對平臺(tái)的耦合運(yùn)動(dòng)響應(yīng)所產(chǎn)生的作用和影響。針對在Spar平臺(tái)設(shè)計(jì)和評估中需要考慮的平臺(tái)系纜斷裂失效問題，通過計(jì)算得到Spar平臺(tái)的耦合運(yùn)動(dòng)響應(yīng)和系纜張力—時(shí)間跡線結(jié)果。分析單根纜繩斷裂失效瞬間系纜張力的瞬態(tài)幅值響應(yīng)，研究并評估了其對系泊系統(tǒng)和平臺(tái)整體性能的影響。結(jié)果表明：在Spar平臺(tái)時(shí)域耦合分析中，平臺(tái)的最大位移不超過最大水深的10%，滿足APIRP2SK規(guī)范和環(huán)境載荷的要求。同時(shí)，采用張緊式系泊方式和聚酯材料的系泊纜都能提高平臺(tái)的系泊性能。當(dāng)單根系泊纜斷裂失效時(shí)，與斷裂系纜相鄰的系纜所的瞬態(tài)張力響應(yīng)往往是最大
4、的，顯示出系泊系統(tǒng)對斷纜失效工況的抵抗性和保持穩(wěn)定的恢復(fù)性。同時(shí)，要注意防范受力較大系纜組的斷裂失效，保證平臺(tái)的安全和穩(wěn)定性。關(guān)鍵詞：Spar平臺(tái)，水動(dòng)力響應(yīng)，系泊系統(tǒng)，時(shí)域耦合分析，斷纜瞬態(tài)張力IABSTRACTTheDeepwaterSparplatformisakeytoolforhumantopushforwardthedeepsea,itplaysanimportantroleindeepwateroilandgasfielddevelopment.Duetothecomplicatedandchangeableloadsinthedeepseaenvironm
5、ent,theaerodynamicperformanceoftheSparplatformneedstobetestedstrictlyunderthecombinedactionofwindload,waveloadandoceancurrentload.TheSparplatformistypicallymooredandkeptinpositionbysteelwiresorpolyesterlinesthatareanchoredattheseafloor.Whenoneormoremooringline(s)/anchor(s)failureduetoseaf
6、loorgeotechnicalhazards/instabilitiesorotherreasons,itimposesgreatrisksontheSpar.Thepaperhereinchecksthefloater’strajectorymotionsandtheimpactonmooringandriserstrengthsunderthemooringline/anchorfailureconditions.AcasestudyconsidersadeepwaterSparplatforminstalledinawaterof1507mdepth.(1)Res
7、earchonhydrodynamicperformanceofSparplatform.WiththehelpofSESAMsoftware,basedonthethree-dimensionalpotentialflowtheory,establishthegeometricmodelandhydrodynamicmodelofSparplatform,thencalculatethehydrodynamiccoefficientsoftheplatform,includingtheaddedmassanddampingc
