【摘要】：為了滿足現(xiàn)代工業(yè)日益增長的能源需求，，油氣開發(fā)向深海領(lǐng)域發(fā)展已成為一種必然趨勢。單柱式(Spar)平臺被公認(rèn)為最具發(fā)展?jié)摿Φ男乱淮詈Ｆ脚_型式，但由于處于復(fù)雜多變的海洋環(huán)境中其系泊系統(tǒng)會產(chǎn)生較為顯著的動力響應(yīng)，威脅到平臺的作業(yè)安全。Spar平臺系泊系統(tǒng)通常有半張緊的鋼懸索系泊系統(tǒng)和繃緊的新型復(fù)合材料系泊系統(tǒng)兩種。 論文首先對Spar平臺單根分段式懸鏈線系泊索非線性系泊力計算方法進(jìn)行了分析，得到了不同預(yù)張力下的纜索張力和頂端位移之間的關(guān)系曲線，并與參考文獻(xiàn)結(jié)果進(jìn)行了對比，二者相當(dāng)吻合。 研究型如Spar的深海平臺水動力性能，通常需要借助混合模型試驗方法，該方法的首要工作是優(yōu)化設(shè)計出等效的截斷水深系統(tǒng)。 論文對等效水深截斷系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計進(jìn)行了深入研究： 首先，以一個工作水深為1500m的Spar平臺為例，對該平臺半張緊鋼懸索系泊系統(tǒng)在356m水深處進(jìn)行截斷并選用三種改進(jìn)的智能優(yōu)化算法對等效水深截斷系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化計算。數(shù)值試驗結(jié)果表明，設(shè)計出的等效水深截斷系統(tǒng)可用于模型試驗中，且改進(jìn)后的三種優(yōu)化算法在處理多維復(fù)雜混合離散變量優(yōu)化問題時尋優(yōu)能力強且精度較高。此外，結(jié)合算例對等效水深截斷系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)即初始截斷系統(tǒng)的設(shè)計和優(yōu)化變量上下限范圍的確定進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，算例結(jié)果證明本文所采用的方法是高效可行的。 其次，基于等效水深截斷系統(tǒng)設(shè)計的理論及智能優(yōu)化算法的研究，自主開發(fā)了集成六種智能優(yōu)化算法的等效水深截斷系統(tǒng)優(yōu)化軟件平臺PODD。 較之于半張緊的鋼懸索系泊系統(tǒng)，新型繃緊式系泊系統(tǒng)承載能力更強、系泊半徑更小、工作海域更深且制造安裝成本更低，但纖維系纜具有復(fù)雜的非線性特性，當(dāng)對系纜施加循環(huán)載荷時，其軸向剛度受到系纜平均張力、張力變化幅值和周期等因素的影響。對系纜動剛度的處理，是分析新型繃緊式系泊系統(tǒng)動力響應(yīng)的重要基礎(chǔ)。 本文對循環(huán)載荷下聚酯纖維纜動剛度計算方法進(jìn)行了分析和改進(jìn)，引入了理論計算方法，并編制了C++程序，計算了一個工作于1500m水深的Spar平臺纖維纜動剛度，將理論計算結(jié)果與有限元數(shù)值計算結(jié)果進(jìn)行了對比，發(fā)現(xiàn)二者相當(dāng)吻合。 開發(fā)了求解單根纖維纜張力-位移特性和新型繃緊式系泊系統(tǒng)總水平恢復(fù)力-位移特性及總垂直恢復(fù)力-位移特性的計算機程序�？紤]了不同海底錨系點高度對單根系纜張力-位移特性的影響。對海底彈性基礎(chǔ)建立了等效彈簧模型，并基于此模型，研究了海底彈性基礎(chǔ)對單根系纜張力-位移特性和系泊系統(tǒng)總水平和總垂直恢復(fù)力-位移特性的影響，得到了一些有意義的結(jié)論。這為以后深入研究Spar平臺新型系泊系統(tǒng)的動力響應(yīng)提供了一定的理論依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：中國計量學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：U653.2;P751

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2677177