深水延伸式张力腿平台水动力性能及张力腿受力分析

摘要

随着人类石油勘探逐渐向深水领域扩展,涌现了许多新型的深海海洋环境的平台。与其他形式平台相比,张力腿平台适用水深范围大,运动性能和稳定性好,逐渐成为世界深海油气开采的主力平台类型之一。
　　本文介绍了延伸式张力腿平台的结构特点,并对延伸式张力腿平台进行了概念设计,结合传统式张力腿平台,介绍了延伸式张力腿平台改进设计带来的一系列优点。根据给出的南海海域的海况条件和相应的规范计算结构的环境载荷,以一座工作水深1500米的延伸式张力腿平台为研究对象,采用理论分析和数值模拟的方法对延伸式张力腿平台的运动响应和张力腿动力响应进行分析,充分考虑风、浪、流环境荷载的综合作用和平台、张力腿的相互耦合作用。采用三维势流理论分析平台在频域内的运动响应,计算了作用在平台主体上的波浪载荷、附加质量和势流阻尼系数以及张力腿受力分析时程参数等。
　　本文的研究工作主要有以下几个方面:
　　1)本文以三维势流理论为基础,采用理论分析与数值计算相结合的方式,研究了张力腿平台的动力特性。采用有限元软件ANSYS－AQWA,运用其中AQWA-LINE模块计算了张力腿平台所受到的一阶波浪力,包括附加质量力和势流阻尼力,并且计算得到了二阶波浪力,分析了这些参数随着的入射波浪频率变化的变化规律,并得到了张力腿平台一阶运动与运动响应函数(RAO)。
　　2)采用AQWA-NAUT模块考虑风、浪、流等环境荷载的作用和张力腿系统的非线性影响,进行了时域耦合分析。得到了张力腿平台的波浪荷载、运动位移时程、张力腿张力时程和张力极值等。
　　3)模拟极端海况,得到张力腿系统的张力时程,对张力腿张力进行详细分析。通过改变张力腿系统的预张力,得到预张力对张力腿平台时程响应的影响。