原文传递
浅水软钢臂系泊FPSO水动力性能和运动响应数值研究
| 论文题名： | 浅水软钢臂系泊FPSO水动力性能和运动响应数值研究 |
| 关键词： | 软钢臂;运动响应;波浪差频力;系泊结构 |
| 摘要： | 近年来,我国浅水FPSO的广泛应用和国际LNG市场的兴盛使浅水浮体水动力学获得了学术界、工程界的广泛兴趣和关注。通过实际观测或者是物模试验发现,浅水FPSO或者LNG船具有较为剧烈的纵荡响应,较大的垂直面内运动,触底或者和软钢臂发生碰撞,直接导致船体的不稳定和系泊系统的危险,这些非常值得引起重视。然而现今数值模拟的结果和物模试验结果并不十分吻合,因此浅水环境的FPSO运动响应特征及其与软钢臂系泊结构的相互耦合需要深入研究。 本文以浅水软钢臂系泊的FPSO作为研究对象,在频域内对其进行水动力参数和一阶波浪传递函数的计算和分析,揭示了随着水深的变浅浮体的附加阻尼和质量呈增大趋势,并导致了自然周期的相应增大。耦合动力分析时,不采用非线性弹簧模拟系泊系统的方法,而采用多体方法模拟软钢臂系泊实际结构和FPSO,展开FPSO纵荡运动响应特征、船体垂直面内运动响应特征以及大首摇位移等问题的研究工作。另外,本文还重点对浅水FPSO的二阶差频力及计算方法进行了深入分析和讨论。 采用Pinkster近似法求解了整体二阶波浪力传递函数矩阵,发现水深的变浅带来了纵荡差频力的显著增大。谱分析表明差频力随着谱峰周期的增大而增大。Newman近似法和Pinkster近似法在浅水下计算结果有较大差异。Newman近似法对二阶差频力的计算有效性与水深、波谱及FPSO纵荡固有周期相关,其准确性随着水深变浅和谱峰周期大增大不断下降。 基于多体动力分析方法的耦合分析结果表明,和深水不同,浅水条件下垂荡、纵摇运动响应波浪低频的贡献不可忽视。而波浪低频力亦或波频力对垂直面内的运动响应起主导作用,依赖于波谱峰值周期、有义波高和FPSO的固有周期。因此垂直面内响应幅值随着水深的变化并不能形成普遍规律,而是得进行个案分析。 FPSO静回复力特性分析和静水／有流／有风的自由衰减数值模拟分析结果揭示了FPSO纵荡运动具有低频和低阻尼特性。水深越浅,对纵荡响应起主导作用的差频力增幅越明显,进而导致了FPSO纵荡响应越来越剧烈这一现象。横摆角速度拖曳力的敏感性分析表明,在首摇响应达到27°时其才起重要贡献,它的存在给系统提供了一定的阻尼,使系统运动缓和,系泊力减小。不考虑首摇拖曳力可能导致保守的计算结果。 本文对FPSO二阶波浪力的研究有助于数值分析计算的准确性,对浅水下船体运动响应特征的研究对FPSO和LNG接受终端的设计和发展有一定的参考价值。而本文采用多体分析方法模拟系泊系统,希望此方法得到进一步的理论、实验的验证和改善,成为更加准确预报软钢臂系泊FPSO的运动响应和系泊力的有效方式。 |
| 作者： | 李淑一 |
| 专业： | 港口、海岸及近海工程 |
| 导师： | 李华军;王树青 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 中国海洋大学 |
| 学位年度： | 2011 |
| 正文语种： | 中文 |
检索历史
应用推荐
