巨型圓筒形海工平臺浮態(tài)超常制造過程的流固耦合分析.pdf

1、隨著各國石油開采面向深海，為適應(yīng)深海環(huán)境，海工平臺逐漸向巨型化和高精度方向發(fā)展，這給海工平臺的傳統(tǒng)制造方法帶來諸多問題，由此出現(xiàn)了浮態(tài)超常制造方法，其主要特點(diǎn)是以漂浮在制造水域中的制造基底為基礎(chǔ)，將海工平臺的分段模塊逐層疊加制造。本文分析了巨型圓筒形海工平臺在使用該制造方法過程中，制造基底流固耦合運(yùn)動和變形對制造精度的影響，主要結(jié)論如下:
　　 1)為了生成制造水域波浪載荷，采用推板造波法和阻尼消波法構(gòu)造二維數(shù)值波浪水池，通過液

2、位觀測線驗(yàn)證了水池造波和消波性能，確定了水池中波浪的穩(wěn)定區(qū)域。利用Fluent軟件動網(wǎng)格技術(shù)和SDOF模型研究波浪中二維浮體的流固耦合運(yùn)動，對比實(shí)驗(yàn)浮體橫向、縱向位移和角度偏轉(zhuǎn)時(shí)域曲線，驗(yàn)證了模擬準(zhǔn)確性。
　　 2)分析了半潛駁船作為制造基底時(shí)，不同制造狀態(tài)下浮態(tài)制造系統(tǒng)的流固耦合運(yùn)動，得出各系統(tǒng)垂蕩響應(yīng)曲線較為接近，系統(tǒng)固有橫搖周期Tω與重心至穩(wěn)心距GM成反比，當(dāng)Tω接近波浪周期T時(shí)，系統(tǒng)橫搖幅值最大。得出實(shí)際制造過程中應(yīng)通過

3、半潛駁船壓載水的調(diào)節(jié)和制造水域?qū)崟r(shí)監(jiān)測，使制造系統(tǒng)Tω值遠(yuǎn)離T值。
　　 3)針對以海工平臺底層分段作為制造基底時(shí)的流固耦合變形分析，采用速度入口造波法和阻尼消波法構(gòu)建三維數(shù)值波浪水池，液面捕捉采用VOF方法，湍流采用RNGk-ε模型，通過液位觀測線驗(yàn)證了數(shù)值水池的造波和消波性能。將制造基底模型放置于流場穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)，通過跡線分析，得出制造基底底部水質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生了周期性聚集和分散。布置壓強(qiáng)觀測點(diǎn)，得出迎波面壓強(qiáng)的變化周期。
　　

4、 4)將流場計(jì)算結(jié)果導(dǎo)入ANSYSWorkbench流固耦合模塊，研究單個流場載荷變化周期內(nèi)制造基底流固耦合變形情況。選擇變形量均值最大時(shí)刻作為研究對象，通過路徑分析功能得出制造基底上表面徑向板材邊緣變形量沿結(jié)構(gòu)四周至結(jié)構(gòu)中部逐漸增大，周向板材邊緣變形量沿迎波面至背波面逐漸增大。通過板材邊緣平均變形量分析得到制造基底迎波面中部內(nèi)圈平均變形量最小，背波面的wb1區(qū)平均變形量最大。得出實(shí)際制造時(shí)，應(yīng)選擇制造基底迎波面中部內(nèi)圈作為初始制造位