發(fā)布時(shí)間：2017-08-20 15:38

  本文關(guān)鍵詞：深海Spar平臺(tái)主體—月池流體耦合運(yùn)動(dòng)研究

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【摘要】：Spar平臺(tái)作為深水域中極具競(jìng)爭力的平臺(tái)類型，在深水油氣開發(fā)中扮演者極重要的角色。Spar平臺(tái)的中央井自下而上貫穿整個(gè)主體，其內(nèi)按照一定的方式布置立管和其它重要鉆井設(shè)施，構(gòu)成Spar平臺(tái)的月池，Spar平臺(tái)中月池在底部有不完全封閉的，海水通過底部這些不完全封閉的底板自由進(jìn)入或者流出月池。雖然理論上應(yīng)該完全關(guān)閉月池的底部，但是因?yàn)橐M(jìn)行實(shí)際的設(shè)計(jì)，所以某些區(qū)域不得不開啟，因此產(chǎn)生了波浪激勵(lì)引起月池內(nèi)部流體共振問題。 本文的具體工作以及結(jié)論如下： （1）運(yùn)用SESAM軟件計(jì)算月池底部全開口以及全封閉時(shí)Spar平臺(tái)的水動(dòng)力性能以及RAO曲線。垂蕩結(jié)果表明，當(dāng)月池底板全封閉時(shí)，月池內(nèi)海水處理為剛體，在平臺(tái)主體運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量和剛度項(xiàng)中考慮月池內(nèi)海水質(zhì)量；當(dāng)月池底部全部打開時(shí)，RAO曲線會(huì)在月池流體固有頻率處出現(xiàn)小峰值，說明如果波浪頻率接近月池流體固有頻率，那么也會(huì)造成Spar平臺(tái)較大的垂蕩運(yùn)動(dòng)。 （2）考慮頂張緊立管的作用，建立平臺(tái)主體垂蕩與月池流體耦合運(yùn)動(dòng)模型，并且針對(duì)算例模型進(jìn)行了試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值計(jì)算結(jié)果相匹配，，均表明月池流體對(duì)主體垂蕩有抑制作用，合理設(shè)計(jì)擋板面積可減小平臺(tái)主體的垂蕩運(yùn)動(dòng)。隨著擋板開口面積的增加，主體垂蕩RAO逐漸呈現(xiàn)兩個(gè)峰，波浪周期接近月池流體垂向振動(dòng)固有周期時(shí)也會(huì)激起主體較大的垂蕩運(yùn)動(dòng)；平臺(tái)主體與月池流體之間的耦合系數(shù)對(duì)主體垂蕩運(yùn)動(dòng)影響顯著。 （3）假定月池底部為全封閉，運(yùn)用晃動(dòng)等效力學(xué)模型理論，確定等效力學(xué)模型參數(shù)，運(yùn)用ANSYS作為模型建立以及網(wǎng)格劃分的前處理軟件；運(yùn)用Galerkin有限元方法求解相應(yīng)的月池流體晃動(dòng)的固有頻率、模態(tài)函數(shù)以及勢(shì)函數(shù)離散解；應(yīng)用Matlab軟件編制了月池流體晃動(dòng)程序。算例的計(jì)算結(jié)果與解析解相匹配，表明程序的正確性。 （4）運(yùn)用拉格朗日原理，建立了Spar平臺(tái)垂蕩-縱搖與月池耦合系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程，考慮垂蕩參數(shù)激勵(lì)以及月池內(nèi)流體的晃動(dòng)，建立Spar平臺(tái)縱搖運(yùn)動(dòng)的Mathieu方程；采用攝動(dòng)法理論確定了縱搖運(yùn)動(dòng)的諧波振動(dòng)以及1/2亞諧波振動(dòng)的穩(wěn)定性邊界。結(jié)果表明液體晃動(dòng)的阻尼明顯減小了諧波振動(dòng)的不穩(wěn)定區(qū)域，而對(duì)于1/2亞諧波振動(dòng)的不穩(wěn)定區(qū)域作用不明顯。當(dāng)垂蕩運(yùn)動(dòng)參數(shù)處于不穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)時(shí)，會(huì)引起Spar平臺(tái)縱搖響應(yīng)過大現(xiàn)象。
【關(guān)鍵詞】：Spar-月池 垂蕩 擋板面積 有限元 Mathieu方程
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：U674.38;U661
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-15
• 1.1 本文的研究背景及意義9-10
• 1.2 Truss Spar 平臺(tái)的結(jié)構(gòu)介紹10
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-14
• 1.4 本文的主要工作14-15
• 第二章 Spar 平臺(tái)-月池系統(tǒng)水動(dòng)力計(jì)算15-28
• 2.1 SESAM 軟件介紹15-17
• 2.2 GeniE 與 HydroD 軟件包介紹17-19
• 2.2.1 GeniE 軟件介紹17-18
• 2.2.2 HydroD 軟件介紹18-19
• 2.3 水動(dòng)力分析模型類型19-21
• 2.4 算例21-27
• 2.5 本章小結(jié)27-28
• 第三章 平臺(tái)主體垂蕩-月池流體耦合動(dòng)力學(xué)建模以及模型試驗(yàn)28-47
• 3.1 月池流體垂向運(yùn)動(dòng)模型28-30
• 3.2 平臺(tái)主體垂蕩-月池流體耦合運(yùn)動(dòng)模型30-31
• 3.3 算例分析31-36
• 3.4 模型試驗(yàn)36-46
• 3.4.1 相似準(zhǔn)則36-37
• 3.4.2 試驗(yàn)儀器以及布置情況37-39
• 3.4.3 試驗(yàn)內(nèi)容以及結(jié)果39-46
• 3.5 本章小結(jié)46-47
• 第四章 月池流體晃動(dòng)等效力學(xué)模型47-61
• 4.1 勢(shì)流理論47-49
• 4.1.1 基本假定47
• 4.1.2 運(yùn)動(dòng)學(xué)邊界條件47-48
• 4.1.3 自由液面動(dòng)力學(xué)條件48-49
• 4.2 月池流體晃動(dòng)動(dòng)力學(xué)模型49-51
• 4.2.1 Stokes-Zhukovskiy 勢(shì)函數(shù)與等效剛體49-50
• 4.2.2 月池流體晃動(dòng)模型50-51
• 4.3 月池流體晃動(dòng)等效單擺模型51-53
• 4.4 有限元數(shù)值方法求解53-57
• 4.4.1 泛函極值原理以及方程的離散53-55
• 4.4.2 等參單元變換方法55-57
• 4.5 程序的實(shí)現(xiàn)以及算例57-60
• 4.6 本章小結(jié)60-61
• 第五章 平臺(tái)主體-月池流體耦合的參數(shù)激勵(lì)穩(wěn)定性分析61-68
• 5.1 系統(tǒng)的 Mathieu 方程61-64
• 5.2 Mathieu 方程的穩(wěn)定性邊界分析64
• 5.3 算例分析64-67
• 5.4 本章小結(jié)67-68
• 第六章 結(jié)論與展望68-70
• 參考文獻(xiàn)70-72
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明72-73
• 致謝73

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 劉利琴;唐友剛;王文杰;;Spar平臺(tái)垂蕩—縱搖耦合運(yùn)動(dòng)的不穩(wěn)定性[J];船舶力學(xué);2009年04期

2 李彬彬;歐進(jìn)萍;;Truss Spar平臺(tái)垂蕩響應(yīng)頻域分析[J];海洋工程;2009年01期

3 劉利琴;唐友剛;王文杰;;Spar平臺(tái)垂蕩-縱搖耦合運(yùn)動(dòng)失穩(wěn)機(jī)理[J];海洋工程;2009年02期

4 姚熊亮;康莊;;圓形月池流激振蕩實(shí)驗(yàn)研究[J];力學(xué)學(xué)報(bào);2007年03期

5 余延生;馬興瑞;王本利;;利用多維模態(tài)理論分析圓柱貯箱液體非線性晃動(dòng)[J];力學(xué)學(xué)報(bào);2008年02期

6 趙晶瑞;唐友剛;馮麗梅;張若瑜;;傳統(tǒng)Spar平臺(tái)垂蕩主共振時(shí)非線性耦合響應(yīng)的研究[J];應(yīng)用力學(xué)學(xué)報(bào);2010年01期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 李青;充液撓性系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析及在航天工程中的應(yīng)用研究[D];清華大學(xué);2010年

本文編號(hào)：707501