自升式平臺動態(tài)響應(yīng)特性及其控制研究.pdf

1、隨著人類開發(fā)海洋資源步伐的不斷加快，自升式平臺成為了海上油氣資源勘探、開采的重要技術(shù)裝備。然而，惡劣的海洋環(huán)境載荷會使自升式平臺產(chǎn)生過大的船體位移及速度，從而發(fā)生屈服及斷裂失效，且長期的船體振動使得平臺極易發(fā)生疲勞失效現(xiàn)象；因此，自升式平臺的動態(tài)響應(yīng)特性將關(guān)系到整個平臺的工作安全性能。本文首先研究了Super M2自升式平臺樁腿及升降鎖緊系統(tǒng)的力學(xué)性能，并基于Abaqus/Aqua模塊分析了自升式平臺的動態(tài)響應(yīng)特性及 TMD裝置對平臺動

2、態(tài)響應(yīng)的控制特性。其主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下：
　　1）基于彈塑性理論分析研究了各特征作用角度下樁腿的力學(xué)性能，即樁腿位移與側(cè)向力的變化關(guān)系曲線，基于彎曲變形積分求解法提出了一種樁腿等效建模方法，并通過模態(tài)分析對樁腿詳細(xì)模型、等效模型及廣義模型的固有頻率及振型進(jìn)行了對比分析，其中，樁腿廣義模型與詳細(xì)模型前兩階固有頻率的誤差率為84.65％，而樁腿等效模型的前兩階固有頻率誤差率僅為2.92%-15.86%。
　　2）通過建立自升

3、式平臺升降鎖緊系統(tǒng)的詳細(xì)數(shù)值模型，仿真分析了各特征作用角度下升降鎖緊系統(tǒng)的力學(xué)性能，獲得了上/下導(dǎo)向與樁腿及鎖緊系統(tǒng)橫向、垂向、扭轉(zhuǎn)、彎轉(zhuǎn)的連接剛度曲線；其中，上/下導(dǎo)向與樁腿及鎖緊系統(tǒng)的垂向和扭轉(zhuǎn)剛度值為常量，而鎖緊系統(tǒng)的橫向及彎轉(zhuǎn)剛度呈現(xiàn)各向異性和非線性特性。
　　3）根據(jù)以上研究結(jié)果及相關(guān)規(guī)范要求建立了自升式平臺動態(tài)響應(yīng)分析模型，通過模態(tài)分析得到了作業(yè)工況及暴風(fēng)自存工況下自升式平臺的固有頻率及振型，其中，作業(yè)工況下自升式平臺

4、的前三階固有頻率分別為0.0503494Hz、0.051409Hz和0.0597066Hz，而暴風(fēng)自存工況下的前三階固有頻率分別為0.0533153Hz、0.0544372Hz和0.0632236Hz，且均分別與兩種工況下的波浪頻率極為接近。
　　4）運(yùn)用斯托克斯波理論研究了各特征角度海洋環(huán)境載荷作用下自升式平臺的動態(tài)響應(yīng)特性，基于Sadek提出的TMD裝置最優(yōu)參數(shù)計算方法，研究了TMD裝置對自升式平臺動態(tài)響應(yīng)的控制特性，并以此為