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原文传递计及粘性修正的单点系泊FPSO运动性能研究

论文题名：	计及粘性修正的单点系泊FPSO运动性能研究
关键词：	海洋浮式结构物;单点系泊FPSO;边壁效应;运动性能;非线性时域耦合
摘要：	海洋浮式结构物的水动力性能是评估其能否安全稳定地工作在某一固定海域的重要指标。对海洋浮式结构物的水动力性能分析通常采用频域势流理论和时域理论，并采用耦合运动响应分析来模拟浮式结构物的真实运动情况。运用水池模型试验对数值模拟进行验证时，由于模型水池侧边壁和底部的存在，使得水池模型试验结果往往与数值模拟存在一定差异，因此需要考虑水池边壁效应对海洋浮式结构物水动力性能的影响。　　本文以单点系泊FPSO作为研究对象，通过频域理论研究方法、时域理论研究方法对单点系泊FPSO的船体水动力性能进行计算和研究。基于三维弹性细长杆理论建立单点系泊FPSO的系泊缆索有限元模型，并计算系泊缆索的张力变化。通过时域异步耦合算法，实现单点系泊FPSO的船体与系泊缆索在导缆孔处运动位移及张力变化的传递和更新，进而进行了单点系泊FPSO系泊系统非线性时域耦合动力响应分析。最后，在计及边壁效应的情况下，研究了单点系泊FPSO的水动力性能变化。为此本文开展了以下工作：　　1、基于三维势流理论，建立了单点系泊 FPSO的湿表面网格模型，将粘性势流理论用于解决浮式结构物在波浪中的运动，推导计及粘性的自由表面格林函数的解析表达式以及其快速数值算法。并对单点系泊FPSO受到的一阶波浪激励力、平均波浪慢漂力，单点系泊FPSO的水动力系数和一阶运动响应进行了求解并进行了对比分析。运用DNV计算软件SESAM求解了单点系泊FPSO的二阶差频、和频波浪载荷以及相应的单点系泊FPSO的二阶差频、和频运动响应二次传递函数（QTF）。　　2、基于点源镜像法提出了水池边壁部分反射效应的水池格林函数的解析表达式以及其快速的数值算法。对单点系泊FPSO在波浪水池中运动的辐射和绕射问题进行了分析，求解了单点系泊FPSO受到的一阶波浪激励力、平均波浪慢漂力以及单点系泊FPSO的一阶运动响应，并对单点系泊FPSO在两个平行壁面间、矩形水池两种情况下进行了计算和分析，并对不同的边壁距离对单点系泊FPSO的水动力性能的影响进行了对比分析和讨论。　　3、基于三维弹性细长杆理论建立了系泊缆索的有限元模型，并且运用亚当-莫尔顿法求解了系泊缆索的动力响应问题，在考虑系泊缆索及立管系统的动力响应特性时，细长杆理论比悬链线理论更有效，且比集中质量法计算精度更高。运用三维弹性细长杆理论对单点系泊FPSO的系泊缆索进行计算并与商业数值计算软件Ariane计算结果通过数值统计的形式进行了对比。最后对单点系泊FPSO的系泊缆索受到不同频率以及振荡幅值的入射波影响下的张力变化进行了计算和分析。　　4、给出了将计及粘性耗散的无限水深开阔水域频域格林函数法计算得到的深水浮式结构物的水动力系数以及波浪力传递函数通过傅里叶变换得到时域下的深水浮式结构物水动力脉冲响应函数的间接时域计算方法，并将间接时域计算方法计算得到的结果与频域理论计算结果进行了对比。运用间接时域法求解了单点系泊FPSO本体的运动以及单点系泊FPSO的一阶波浪力。建立了非线性时域耦合运动响应计算模型，对单点系泊FPSO船体及其系泊缆索在不同的计算时间步长下进行了计算，并在导缆孔处通过异步耦合的方法传递和更新了单点系泊FPSO相应的运动位移及张力变化信息，进而实现了单点系泊FPSO的非线性时域耦合响应计算。
作者：	郭霆
专业：	船舶与海洋结构物设计制造
导师：	姜滨
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文