考慮粘滯阻尼的Truss Spar頻域響應(yīng)分析.pdf

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1、第40卷第1期2011年02月船海丁程SHlI’＆．()【：E人NEN(jINEERlNGV01．40No．1Fcb．20ll考慮粘滯阻尼的TrusSpar頻域響應(yīng)分析刁偉1。翟鋼軍1。李彬彬2(1．大連理工大學(xué)建設(shè)工程學(xué)部，遼寧大連116024；2．哈爾濱工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院。哈爾濱150090)摘要：聯(lián)合勢流理論與修改的Morison方程，建莎波浪作用下的TrussSpar平臺運(yùn)動響應(yīng)計(jì)算模型。波浪激振力與相關(guān)水動力信息采J}{高階邊界元計(jì)算方法獲得。通過數(shù)值模擬得到Trussspar平臺縱蕩、垂蕩和縱

2、搖R朋)．針對Morison阻力系數(shù)對響J缸的影響進(jìn)行參數(shù)分析。計(jì)算結(jié)果渺示．縱蕩和縱搖僅枉低頻部分對阻力系數(shù)敏感。岡此平臺在遭受二階波浪慢漂力作用時．粘滯阻尼將起到酉要作用。對于垂蕩療向．由于Trussspar安裝的垂蕩板提供r較大的噬向粘滯阻尼．因此垂蕩RA()受阻力系數(shù)的影響較大。關(guān)鍵詞：TrussSpar；運(yùn)動響應(yīng)；頻域；波浪；粘滯阻尼中圖分類號：U656．6文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1671—7953(2011)01—0147一05Spar立柱式平臺在墨西哥灣的成功應(yīng)用證明了其良好的深水適應(yīng)性，受到

3、油氣開發(fā)商歡迎，極具發(fā)展前景。TrussSpar在第一代C1assicSpar的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)。使用桁架與垂蕩板結(jié)構(gòu)作為平臺中段．放棄了儲油能力，但有效降低了平臺成本和建造與安裝難度。Spar平臺良好的運(yùn)動性能。是其得到廣泛芙注的重要原岡，因此關(guān)于平臺在復(fù)雜環(huán)境中的運(yùn)動響應(yīng)是研究者關(guān)注的焦點(diǎn)。各國學(xué)者雖對TrussSpar平臺的運(yùn)動響應(yīng)進(jìn)行了許多研究Ll‘5]。但預(yù)報(bào)結(jié)果與試驗(yàn)或全尺度測量結(jié)果還存在差異，運(yùn)動響應(yīng)的數(shù)值模擬仍需進(jìn)一步研究。TrussSpar平臺主體尺寸較大。通常在30～50m，對入射波浪的

4、影響不能忽略。所以。主體水動力計(jì)算包括激振力、附加質(zhì)量以及輻射阻尼等需要通過繞射及輻射理論求解。在極限條件或較低波浪頻率激勵下，水平運(yùn)動的輻射阻尼較小，此時粘滯阻尼對平臺的響應(yīng)變得霞要。能夠減小縱蕩和橫蕩在低頻Ⅸ域的幅值響應(yīng)進(jìn)f『『『降低平臺設(shè)計(jì)建造成本。故需要在輻射與繞射計(jì)算模刑基礎(chǔ)I：增加Morison單元模型，提供粘滯阻尼項(xiàng)。同時Morison方程還用于預(yù)報(bào)TrussSpar平臺收稿日期：20lO一03一12修回日期：2010—05—07資助項(xiàng)目：Ⅲ家863計(jì)劃(2006A人09A103)。作者簡介：

5、刁偉(1984一)．男．碩}乍。研究方向：海洋平臺結(jié)構(gòu)與運(yùn)動性能I}瑚iI：deepdw@dlut．cdu．cn中的小尺寸構(gòu)件包括豎向立柱和X形桁架。因此，Morison阻力系數(shù)的取值對平臺響應(yīng)顯得比較重要。另一方面，阻力系數(shù)又與K(?數(shù)、雷諾數(shù)、物體截面形狀、粗糙程度等多方面因素有關(guān)。目前的水池縮尺模型試驗(yàn)，由于實(shí)驗(yàn)室條件與技術(shù)的限制，試驗(yàn)結(jié)果往往很難反映真實(shí)的情況。在這種情況下．阻力系數(shù)對TrussSpar運(yùn)動響應(yīng)的敏感性研究顯得很有意義。1計(jì)算模型與方法1．1Tru輜Spar平臺的結(jié)構(gòu)配置根據(jù)墨兩哥海

6、況資料設(shè)計(jì)的一座適應(yīng)水深1500m的典型TrussSpar平臺，其基本組成部分與尺寸見【冬j1。TrussSpar平臺由上體、主體、桁架、垂蕩板、軟艙、立管以及系泊系統(tǒng)等組成。平臺質(zhì)量、重心、浮心、縱搖網(wǎng)轉(zhuǎn)半徑等平臺特征參數(shù)見表1。圖lTru鯔spar計(jì)算模型基本組成部分表lTrl酗spar平臺特征參數(shù)統(tǒng)計(jì)統(tǒng)汁項(xiàng)數(shù)值主體A徑／m40硬艙高度／m75垂蕩板K寸／cm×cm40×40X形桁架逝徑／m1．25平臺總質(zhì)破／t98132重心位髓(KC)／m138．7浮心f缸置(KB)／m153．1縱搖IIIJ轉(zhuǎn)半徑／

7、m91．7147第1期船海工程第40卷由于Spar平臺的幾何對稱性，對特征自南度縱蕩、縱搖和垂蕩進(jìn)行分析．首搖響應(yīng)相塒很小，對平臺整體性能的影響很弱，沒有對其進(jìn)行分析。在系泊系統(tǒng)方面，將系泊索簡化為水平方向的弱剛度線性彈簧。由于在頻域?qū)mssSpar進(jìn)行響應(yīng)與參數(shù)敏感性分析，這樣的假設(shè)是合理的。1、mssSpar平臺總共配置12根系泊索，索問央角為30。，系泊系統(tǒng)布置見圖2。圖2系泊系統(tǒng)布置1．2繞射及輻射單元計(jì)算模型使用高階邊界元方法求解平臺主體、垂蕩板和軟艙的水動力信息，通過物面上水動壓力的積分得到激

8、勵力、附加質(zhì)量和輻射阻尼。基于勢流理論的的計(jì)算使用大連理工大學(xué)波浪與三維結(jié)構(gòu)物作用的邊界元分析程序W氣FI)UT。繞射及輻射的單元計(jì)算模型見圖3。1．3Mori鯽n公式計(jì)算模型TrussSpar平臺擁有一些小直徑的網(wǎng)柱結(jié)構(gòu)包括連接硬艙與軟艙的嗲向立柱以及X型桁架，由于特征尺寸較_、璺．芋單嬰簍2奎苧圖3Tr嚼sp盯繞射／力預(yù)報(bào)。采用修改的一輻射單毳妄?“Morison公式，考慮入射波浪與平臺的相對運(yùn)動，單位高度修