深水水下吊裝過程動力學(xué)建模與仿真.pdf

1、隨著海洋石油開采由淺海向深海的逐步轉(zhuǎn)移,海底管匯等水下設(shè)備的吊裝在深海油氣開采中的重要性逐漸顯現(xiàn)。在深水吊放作業(yè)過程中,安裝母船、纜繩及吊裝物構(gòu)成的系統(tǒng)會受到海上風(fēng)浪的聯(lián)合作用。由于深水吊放過程所受到環(huán)境影響較為復(fù)雜,因此通過實驗手段獲取安裝母船和吊裝物的運動特征難以實現(xiàn)且成本較高,在現(xiàn)階段的研究中普遍采用仿真手段對深水吊放系統(tǒng)進行動力學(xué)分析。
　　本研究以海上安裝母船和吊放系統(tǒng)為對象,研究安裝過程動力學(xué)問題。在對吊裝過程的仿真計

2、算中,吊裝環(huán)境的模擬是不可或缺的,采用JONSWAP譜進行作業(yè)海域的三維波面仿真。采用基于勢流理論的二維切片法,對安裝母船進行動力學(xué)建模和分析,通過簡單格林函數(shù)求解剖面的二維輻射勢,將二維水動力參數(shù)沿船長方向迭加得到船體的三維水動力參數(shù),結(jié)合安裝母船的主要參數(shù),得到安裝母船縱向運動(主要包括升沉和縱搖運動)的幅頻響應(yīng)曲線。對幅頻響應(yīng)曲線的分析,得出安裝母船升沉和縱搖運動幅值變化明顯的波頻區(qū)間。吊裝運動控制首先需要測量技術(shù)的支持,結(jié)合課題

3、研究需要,對安裝母船所配備的三維運動實測系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理研究,通過自適應(yīng)野值監(jiān)測方法實現(xiàn)擬合之后實測數(shù)據(jù)野值的自動剔除和替換,并通過最小二乘曲線擬合法對數(shù)據(jù)進行濾波處理,為深水吊放升沉補償系統(tǒng)提供準確的輸入信號?；贏blow&Schechter模型建立纜繩動力學(xué)模型,采用水下運載體六自由度方程建立吊裝物模型,并結(jié)合纜繩的邊界條件得到纜繩切向無阻尼自然頻率和切向動態(tài)張力的近似解析表達式。根據(jù)作業(yè)海域在不同海況下的頻率譜特征,得到吊放作業(yè)

4、時應(yīng)盡量避免的波頻區(qū)間。由纜繩切向動態(tài)張力的仿真可以得到纜繩釋放長度與節(jié)點位置的切向動態(tài)張力曲線,以避免纜繩松弛之后張緊所產(chǎn)生的巨大沖擊載荷。
　　通過對安裝母船的動力學(xué)分析,可以得到升沉和縱搖運動幅值變化明顯的波頻區(qū)間在0.4~0.9rad/s之間。當(dāng)遭遇角等于90°時,波浪對安裝母船的升沉運動影響最大,當(dāng)遭遇角等于45°和0°時對安裝母船的縱搖運動影響較大。通過對纜繩和吊裝物的分析可以得到,纜繩切向無阻尼自然頻率隨著釋放長度的