半潛式平臺(tái)氣隙響應(yīng)的數(shù)值與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、半潛式平臺(tái)甲板面積較大,穩(wěn)性好,并且能承受較大可變載荷,又因其投資小,作業(yè)安全度高等優(yōu)點(diǎn)普遍受到關(guān)注,其在深海工程領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。日前,半潛式平臺(tái)的氣隙問題受到人們?nèi)找骊P(guān)注。在對(duì)工作于極限海況下的半潛式平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),靜水氣隙值是一個(gè)相當(dāng)重要的考慮因素。一方面,要確保甲板與波浪之間有足夠的距離以避免波浪抨擊平臺(tái)甲板底部造成破壞;另一方面,增加靜水氣隙值將花費(fèi)巨大,因?yàn)殪o水氣隙值會(huì)造成整個(gè)浮式系統(tǒng)重心和吃水的改變。
　　氣隙是指平

2、臺(tái)工作期間甲板下表面和波浪表面之間的垂直距離,通常認(rèn)為其是以下三項(xiàng)的線性組合:靜水氣隙值,平臺(tái)上某特定位置測(cè)點(diǎn)處浪高儀所測(cè)波高值,平臺(tái)相關(guān)垂向運(yùn)動(dòng)。由入射波以及因平臺(tái)存在而產(chǎn)生的繞射/輻射效應(yīng)可以得到波浪峰值高度。
　　本文將線性勢(shì)流數(shù)值模擬的方法與模型試驗(yàn)相結(jié)合,以一座深水半潛式平臺(tái)為背景做分析,分析包括以下幾個(gè)方面:
　　1.基于勢(shì)流理論,利用ANSYS/AQWA軟件對(duì)半潛式平臺(tái)進(jìn)行一階繞射/輻射分析。首先,調(diào)用AQWA

3、-LINE模塊進(jìn)行頻域分析可以獲得半潛式平臺(tái)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)RAOs以及其他水動(dòng)力參數(shù)。其中,數(shù)值模擬的RAOs與模型試驗(yàn)所得的結(jié)果吻合一致。其次,調(diào)用AQWA-DRIFT模塊來完成三種極限海況下半潛式平臺(tái)氣隙響應(yīng)的時(shí)域分析,數(shù)值模擬與模型試驗(yàn)的對(duì)比結(jié)果表明:(1)在極限海況條件下,一階數(shù)值模擬的結(jié)果低估了氣隙極值的危險(xiǎn),這種低估隨著波陡的增加而更加明顯。但是,該方法能夠預(yù)測(cè)出平臺(tái)甲板上氣隙點(diǎn)危險(xiǎn)區(qū)域所在,并在模型試驗(yàn)中確定浪高儀的位置。(2)

4、基于一階線性方法預(yù)報(bào)氣隙極值時(shí),平臺(tái)立柱周圍的波浪爬升非線性問題不可避免。
　　2.通過對(duì)氣隙時(shí)歷的傅里葉變換可以得到氣隙能量譜密度(PSD),其較好的反映了氣隙能量的頻域分布。對(duì)一些測(cè)點(diǎn)的分析表明,氣隙的能量分布不僅與入射波有關(guān),還與平臺(tái)的高階運(yùn)動(dòng)響應(yīng)有密切聯(lián)系。氣隙概率分布可通過對(duì)模型實(shí)驗(yàn)隨機(jī)波數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析獲得,各氣隙點(diǎn)概率分布表明高斯模型適合擬合文中半潛式平臺(tái)的氣隙分布,但在某些關(guān)鍵氣隙值區(qū)域仍存在一定程度上的低估現(xiàn)象。此外