收藏本站
《浙江大学》 2002年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于半物理仿真的海上平台沉浮运动研究

吴海彬  
【摘要】: 海洋平台是海上钻井采油的必备设施之一。为了适应各种不同的油田地质状况和海况条件,开发了各种不同结构形式的海洋平台,如导管架式平台、重力式平台、自升式平台以及张力腿平台等。随着各国对石油需求的日益增加,以及现有大型油田开采的日益衰竭,人们已经逐渐把目光转向储量小、地址条件恶劣、但数量庞大的边际油田。边际油田由于特殊的地质条件,其开采设施与开采方法也有其特殊性。一个共同的要求就是开采边际油田的海洋平台要有可移动性、结构形式简单、最好有储油功能等。 为了满足边际油田开采的需要,目前国际上研制成功一种新形式的海洋平台,即桶形基础海洋平台。这种平台是依据负压桩原理,通过调节桶形基础内的压力实现平台的沉贯与拔出,国内外已对桶形基础的工作机理有了很深入的研究。随着此类平台逐渐被各国重视并投入使用,有一个越来越突出的问题摆在面前,那就是,由于桶形基础平台的可移动性,其从水底上浮到水面和从水面下沉到水底以及拖航这一系列环节应该以怎样的方式来进行?传统的方法是通过浮吊等大型海上施工机具来实现平台的沉浮和拖航,这对于需要经常移动的平台来说,无疑是大幅度的增加了施工成本,从而造成边际油田开发总体效益的下降。更主要的是,在浅水区域,大型施工机具根本无法进入。为了解决这一难题,本课题提出了通过抽注水的方法实现平台的自主沉浮,为桶形基础平台沉浮过程的实现提供了一个切实可行的技术方案,从而达到简化平台施工过程,降低平台施工成本的目的。平台自主沉浮是通过向各容腔(桶形立柱或经过密封处理的桶形基础)中注水或抽水的方法得以实现,即通过调节注水或抽水的总体流量实现平台的下沉或上浮,通过把总体流量适当分配给平台各容腔(即调节平台的质量分布),实现平台的平稳沉浮。 为了验证这一策略的可行性,本文提出应用半物理仿真技术研究海上平台的沉浮过程。为了验证半物理仿真试验结果的可信度,本文以实验室一平台物理模型为研究实例,通过半物理仿真试验与物理模型试验结果的对比,充分证明了海上平台沉浮运动研究中应用半物理仿真技术是切实可行的,以抽注水的方法实现平台自主沉浮的控制策略是可以实现的,并且达到了纵向运动控制精度在±2°以内。 本文总体目标是构筑海上平台沉浮过程半物理仿真试验系统,然后进行试验,并对试验结果进行深入分析研究,得出相应的结论。为了实现这一半物理仿真试验系统,需要建立平台沉浮过程的数学模型、研究沉浮过程的实时控制方法以及半物理仿真系统中其它各环节的实现。所以,总体上,本文分为三大块,即平台沉浮过程数学建模(第二 摘要 章)、半物理仿真系统设计与试验(第三章),以及试验结果比较分析与结论(第四、 第五章以及结论部分)。具体各章研究重点如下: 本文的第一章通过分析目前边际油田开发的技术现状、平台沉浮过程的研究进展, 以及半物理仿真技术应用状况与前景,提出了本文的研究内容。 第二章论述了半物理仿真试验系统中最重要的一环:平台沉浮过程的数学建模。首 先是根据海洋平台沉浮过程的机理,给出了具有一定普遍意义的参数计算思路和方法, 其中主要包括平台浮心、重心计算,稳心高以及回复力矩等参数。然后把平台的沉浮运 动过程分解为横向运动和纵向运动,并对纵向运动按静力学原理进行建模与仿真,横向 运动按动力学原理进行建模与仿真,并建立相应的数学模型,在横向运动建模中同时考 虑了相关模态的祸合与非线性情况。 第三章提出了应用半物理仿真方法对平台沉浮过程进行系统仿真的总体构想,并进 一步分析平台半物理仿真系统各个环节之间的接口关系,通过适当简化使整个半物理仿 真系统达到可实际操作的程度。根据仿真运算的具体情况,提出了在平台半物理仿真系 统中,把平台纵向运动数学模型进行实时仿真,而对横向运动数学模型进行间歇仿真策 略,有效解决了半物理仿真系统的实时性问题。较详细的论述了平台半物理仿真系统的 控制软件与仿真软件,并给出了二者的通讯方法。并对平台半物理仿真系统中的一些关 键环节进行了概述,包括水路设计、传感器布置以及虚拟仪器技术的应用状况。为了对 平台半物理仿真结果进行校验,在进行半物理仿真试验的同时,也同时进行了模型试验, 根据模型试验的结果可以用来进一步修改数学仿真模型。 第四章对平台沉浮过程中的稳性进行研究。通过分析平台的初稳性和大倾角稳性, 得出了平台初稳性在沉浮过程中的变化规律,并依据大倾角稳性分析,提出了平台施工 前稳性校核的具体方法。 第五章对平台沉浮过程中横向运动和纵向运动半物理仿真结果进行了分析研究,并 与模型试验的结构进行了比较。给出了平台横倾角、纵倾角随吃水涤度变化关系,并得 出相应的结论。对平台半物理仿真结果的可信度进行分析,并提出对模型进一步修改的 意见。 第六章对全文进行了总结,并给出本文的研究结论、创新之处以及对未来的展望。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:TE952

手机知网App
【引证文献】
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 刘巧珍;陈娟;裘丽华;;自调整模糊PID控制公管半实物仿真实现[A];中国航空学会液压气动专业2005年学术讨论会论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 周琳;深远海环境监测水声通信仿真方法与信道估计研究[D];中国海洋大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 徐宝;筒型基础结构附加质量系数的模型试验研究[D];天津大学;2007年
2 姚晓晨;深水半潜式平台系泊自动定位半物理仿真研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 俞聿修,缪莘;波浪作用于垂直桩柱上的横向力[J];海洋学报(中文版);1989年02期
2 邱文昌;船舶近满载液体舱自由液面对稳性影响的修正方法[J];上海海运学院学报;1996年04期
3 冯铁城;俞湘三;戴李民;;海洋固定平台导管架浮运过程分析[J];上海交通大学学报;1985年03期
4 朱荣,莫友声,张炎华;多变量耦合系统——三轴平台的稳定性[J];上海交通大学学报;1999年11期
5 林青山,缪国平,李谊乐,刘应中;潜体在不同浪向的双色波中受到的二阶慢漂力[J];上海交通大学学报;2000年01期
6 李谊乐,刘应中,缪国平;舱内晃荡对船舶横摇影响的数值分析[J];上海交通大学学报;2000年01期
7 缪国平,李谊乐,刘应中;大数量圆柱绕射问题递推算法的理论基础[J];上海交通大学学报;2000年01期
8 余音,金咸定,胡毓仁,成志军;舰船横摇垂荡非线性耦合的动力不稳定区域[J];上海交通大学学报;2000年01期
9 王秀勇,肖熙,潘建明;桶形基础的结构强度分析[J];上海交通大学学报;2000年01期
10 肖龙飞,季春群,彭涛,范菊;转塔式系泊生产储油轮低频纵荡运动阻尼实验[J];上海交通大学学报;2000年01期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 谭穗宁,易韬;数字仿真算法的选择[J];培训与研究(湖北教育学院学报);2001年02期
2 郭浩波,王颖龙,曾辉;基于HLA的地空导弹拦截仿真系统的开发[J];情报指挥控制系统与仿真技术;2005年05期
3 苏春梅,郜竹香,郭霞勇;综合战场环境仿真软件建模[J];情报指挥控制系统与仿真技术;2005年05期
4 鞠儒生;韩守鹏;邱晓刚;黄柯棣;;基于HLA的电子战仿真测试与评估[J];指挥控制与仿真;2006年03期
5 李智生;李俊山;张军团;冯元伟;;贝叶斯融合方法在武器小子样试验中的应用[J];指挥控制与仿真;2006年03期
6 毕义明;;导弹装备战场损伤预测仿真研究[J];指挥控制与仿真;2006年04期
7 周玉芳;周明;岳岗;;舰船作战系统一体化建模仿真环境研究[J];指挥控制与仿真;2006年06期
8 张祥林;柏彦奇;周文;;面向Agent六元抽象概念建模方法[J];指挥控制与仿真;2008年02期
9 宋海凌;吴新宏;;基于组件的分布式仿真系统[J];指挥控制与仿真;2009年02期
10 王玉菊;岳丽军;张居凤;;基于HLA的卫星探测能力仿真评估系统研究[J];指挥控制与仿真;2009年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘颖;刘全利;王伟;;基于SystemC的离散事件系统仿真[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
2 卢生军;陈国平;严士常;周松泽;;不规则波作用下桩基-重力式复合结构码头面板的动力特性研究[A];中国土木工程学会港口工程分会第七届港口工程技术交流会论文集[C];2011年
3 陈宗海;董道毅;张陈斌;;量子控制研究综述[A];'2003系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2003年
4 张涛;吴京;周一宇;安玮;;基于HLA的综合电子战仿真系统设计[A];'2003系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2003年
5 朱少卫;张志虎;徐彦明;;某型地空导弹指挥系统作战软件的仿真设计[A];'2003系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2003年
6 庄锦山;韩乐;;HLA在空间对抗模拟系统中的应用研究[A];'2003系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2003年
7 蔡烽;石爱国;沈泓萃;;不规则波浪激励下的船舶横摇运动动力学研究[A];纪念顾懋祥院士海洋工程学术研讨会论文集[C];2011年
8 蔡烽;石爱国;张永胜;周波;侯建军;;基于相空间重构技术的舰船摇荡极短期预报[A];纪念顾懋祥院士海洋工程学术研讨会论文集[C];2011年
9 蔡烽;沈泓萃;缪泉明;周德才;;不规则横浪中船舶大角横摇的非线性动力学分析[A];第十一届全国非线性振动学术会议暨第八届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议论文集[C];2007年
10 荆琴;杨国来;;电液比例径向柱塞泵控制系统用在注塑机上的节能效果分析[A];第三届全国流体传动及控制工程学术会议论文集(第三卷)[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张宏瀚;高性能U型减摇水舱系统设计与控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 朱怡;潜艇航行训练模拟器模型简化与参数优化研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
3 贺克羽;新型控制棒水力驱动系统研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
4 李辉;船舶波浪载荷的三维水弹性分析方法研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
5 谢波涛;台风/飓风影响海区固定式平台设计标准及服役期安全度风险分析[D];中国海洋大学;2010年
6 张大海;浮力摆式波浪能发电装置关键技术研究[D];浙江大学;2011年
7 周云;面向实时作战决策支持的动态数据驱动仿真理论和方法研究[D];国防科学技术大学;2010年
8 陈彬;面向DEVS的多范式建模与仿真关键技术研究与实现[D];国防科学技术大学;2010年
9 彭春光;基于语义交互和动态重构的兵棋推演系统概念框架及其关键技术研究[D];国防科学技术大学;2010年
10 张文志;开采沉陷预计参数与角量参数综合分析的相似理论法研究[D];河南理工大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 夏启明;航空相机动态分辨率检测系统研究[D];长春理工大学;2010年
2 艾广燚;基于DSP的航空相机地面景物模拟系统的研究[D];长春理工大学;2010年
3 孟扬;浮子式波浪发电装置设计及其功率特性研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 赵杨;船舶适航性与操纵性自航模系统设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 张婧;气垫船模拟器视景系统开发研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 王彬;船舶多航态对减摇鳍电伺服系统影响研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 董广宇;基于HLA船舶仿真系统设计和时间管理技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 孙景海;自升式平台升降系统研究与设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 林秋红;水下法兰联接机具优化设计与仿真研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 章鑫;基于液压缸压力及鳍角反馈的减摇鳍升力控制[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 聂孟喜,王旭升,王晓明,张琳;风、浪、流联合作用下系统系泊力的时域计算方法[J];清华大学学报(自然科学版);2004年09期
2 杨松林,王太舒;直水道中细长体附加质量的计算和试验研究[J];水动力学研究与进展(A辑);1990年03期
3 朱林生,戴遗山;无限深水域中浮体附加质量和阻尼系数的高频和低频渐近特性[J];水动力学研究与进展(A辑);1993年04期
4 朱林生,戴遗山;求线性时域解的一个简易方法[J];水动力学研究与进展(A辑);1993年S1期
5 倪汉根;无限水域中孤立悬臂板的自由振动[J];水动力学研究与进展(A辑);1994年01期
6 黄祥鹿,陈小红,范菊;锚泊浮式结构波浪上运动的频域算法[J];上海交通大学学报;2001年10期
7 李家强;金荣洪;耿军平;范瑜;毛炜;;基于分数阶频率域混合相关的线性调频信号检测与参数估计[J];上海交通大学学报;2006年09期
8 张威;杨建民;胡志强;肖龙飞;;深水半潜式平台模型试验与数值分析[J];上海交通大学学报;2007年09期
9 刘应中,缪国平,李谊乐,刘滋源,刘和东,黄庆玉,马庆久;系泊系统动力分析的时域方法[J];上海交通大学学报;1997年11期
10 栾苏;韩成才;王维旭;于兴军;;半潜式海洋钻井平台的发展[J];石油矿场机械;2008年11期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 李霞;水声通信中的自适应均衡与空间分集技术研究[D];哈尔滨工程大学;2004年
2 朱彤;基于正交频分复用的水声通信技术研究[D];哈尔滨工程大学;2004年
3 王明华;高速水声通信中OFDM的关键技术与应用研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
4 陶毅;浅海水声信道抗多途跳频通信系统研究[D];厦门大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 孙强;基于实测的浮式海洋平台系泊系统分析与评价[D];大连理工大学;2011年
2 姜昱汐;三峡升船机中船进出承船厢的附加质量计算[D];大连理工大学;2002年
3 朱焰;吸力式筒型基础承载力研究[D];天津大学;2002年
4 徐炯;气浮结构的静稳性和动力响应的分析计算[D];天津大学;2004年
5 孙翠珍;正交频分复用(OFDM)系统中信道估计算法的研究[D];西安科技大学;2005年
6 龙利;MATLAB环境下控制系统实时仿真实验的研究[D];重庆大学;2005年
7 田忠;基于IEEE802.15.4的无线传感器网络验证系统的设计与实现[D];东南大学;2006年
8 金晓华;基于dSPACE半实物仿真的电机测试平台研究[D];东南大学;2006年
9 张威;深海半潜式钻井平台水动力性能分析[D];上海交通大学;2007年
10 栾文辉;筒型基础平台气浮拖航研究[D];天津大学;2006年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 刘文白;海洋工程桩-桶基础设计及颗粒流数值模拟[J];水道港口;2004年02期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 刘文白;周健;;桩-桶基础上拔载荷试验的数值模拟[A];2004年度上海市土力学与岩土工程学术年会论文集[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 温秉权;小型浅水域水下自航行器系统设计与试验研究[D];天津大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 朱崇诚;大型海上平台滑移装船有限元分析[D];天津大学;2004年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前9条
1 曾江红,王照林;粘性流体大幅晃动的ALE有限元模拟[J];强度与环境;1996年03期
2 俞幸修,张宁川;不规则波作用于垂直桩柱上的正向力[J];海洋学报(中文版);1988年05期
3 文圣常,张大错,郭佩芳,陈伯海,王伟,台伟涛;改进的理论风浪频谱[J];海洋学报(中文版);1990年03期
4 缪国平,刘应中;任意截面大尺度垂直柱体的波浪力和水动作用力[J];海洋学报(中文版);1991年05期
5 李玉成,叶正凡;不规则波和流作用于圆柱上的正向力及横向力[J];海洋学报(中文版);1991年06期
6 余音,金咸定,胡毓仁,成志军;舰船横摇垂荡非线性耦合的动力不稳定区域[J];上海交通大学学报;2000年01期
7 季春群;转塔式锚泊系统的动力分析[J];上海交通大学学报;1999年03期
8 朱荣,莫友声,张炎华;多变量耦合系统——大姿态复合运动三轴平台的建模及仿真[J];上海交通大学学报;1999年05期
9 D.拉塞尔,李德万;英国的潮汐发电站规划[J];水利水电快报;1998年17期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 赵珊珊;白焰;黄从智;;化学水处理系统的半物理仿真[J];化工自动化及仪表;2010年01期
2 朱儒弟;我国首座可移动桶形基础采油平台在胜利油田海域安装成功[J];海岸工程;1999年04期
3 张伟,周锡礽,余建星;滩海桶形基础极限水平承载力研究[J];海洋技术;2003年04期
4 钱荣,周锡礽,孙克俐,张伟;桶形基础平台三维有限元稳定性分析[J];海洋技术;2003年04期
5 黄新生;滩海油田建设中桶形基础的开发和应用[J];中国海洋平台;1996年05期
6 王庚荪,孔令伟,杨家岭,孙东昌,王泉;水平载荷作用下土体与桶形基础的相互作用[J];工程力学;2004年02期
7 张金来,鲁晓兵,王淑云,时忠民,张建红;桶形基础极限承载力特性研究[J];岩石力学与工程学报;2005年07期
8 魏世好;冯世伦;严驰;;桶形基础水平加载过程中的土压力研究[J];西部探矿工程;2009年01期
9 初新杰;;自施工式桶形基础平台拖航稳性分析[J];中国水运(下半月刊);2011年03期
10 何生厚,洪学福;正压冲固桶基平台实施方法[J];中国造船;2003年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 雷松;岳前进;赵岩;谢彬;喻西崇;;一种新型浮式钻井储油装卸系统的模型实验[A];第20届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅱ册)[C];2011年
2 罗凯;党建军;王育才;;水下半物理仿真实验台背压模拟系统研制[A];2010年中国造船工程学会优秀学术论文集[C];2011年
3 张会生;刘永文;苏明;翁史烈;;燃气轮机调速系统半物理仿真研究[A];二○○一年中国系统仿真学会学术年会论文集[C];2001年
4 李永富;杨鹏;张燕;赵红玉;;基于半物理仿真平台多变量广义预测控制的研究[A];2006中国控制与决策学术年会论文集[C];2006年
5 袁利;李一冰;蒋庆华;;星敏感器在控制系统中的试验方法[A];中国空间科学学会空间探测专业委员会第十八次学术会议论文集(上册)[C];2005年
6 夏绍平;葛益波;;无人机地面方向控制系统半物理仿真研究[A];第五届全国流体传动与控制学术会议暨2008年中国航空学会液压与气动学术会议论文集[C];2008年
7 吴梦喜;时忠民;;桶形基础承载力计算的极限反力法[A];祝贺郑哲敏先生八十华诞应用力学报告会——应用力学进展论文集[C];2004年
8 延皓;叶正茂;丛大成;韩俊伟;李洪人;;空间对接半物理仿真原型实验系统研究[A];第四届全国流体传动与控制学术会议论文集[C];2006年
9 原劲鹏;曲溪;杨涤;;用户星复合控制半物理仿真试验系统的xPC实现[A];全国第一届嵌入式技术联合学术会议论文集[C];2006年
10 程少华;崔祜涛;崔平远;;深空探测器姿态大角度机动与稳定控制半物理仿真研究[A];'2006系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前2条
1 西控公司设计研究所;西控争做航空动力控制系统首选供应商[N];中国航空报;2009年
2 航天科技集团公司中国空间技术研究院研究员、飞船系统副总设计师 潘腾;打造新神舟太空谱新篇[N];黑龙江日报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 吴海彬;基于半物理仿真的海上平台沉浮运动研究[D];浙江大学;2002年
2 宋百玲;柴油机控制系统半物理仿真技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
3 张尚斌;板带连轧机半物理仿真平台系统建模与集成[D];燕山大学;2012年
4 孟浩;船舶航行的智能自适应控制研究[D];哈尔滨工程大学;2003年
5 延皓;基于液压六自由度平台的空间对接半物理仿真系统研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
6 贾杰;航天器姿态半物理仿真原理及其试验方法研究[D];西北工业大学;2006年
7 常同立;空间对接动力学半物理仿真系统设计及试验研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
8 李爽;基于光学测量的相对导航方法及在星际着陆中的应用研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
9 王建峰;复合加载下软土地基桶形基础承载性能研究[D];天津大学;2012年
10 徐向华;小型空间站热管理系统动态仿真与实验研究[D];清华大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 林福泉;工程机械液压系统半物理仿真平台研究[D];集美大学;2010年
2 丁宇;刹车系统半物理仿真平台伺服控制系统研究[D];中南大学;2012年
3 席勇辉;海洋柔性管缆疲劳半物理仿真试验研究[D];大连理工大学;2012年
4 郭志强;水声通信算法半物理仿真平台的设计与开发[D];中国海洋大学;2010年
5 张航其;机轮刹车系统半物理仿真试验平台设计与实现[D];中南大学;2012年
6 梁虎;基于半物理仿真的商用飞机液压系统综合管理技术研究[D];浙江大学;2012年
7 叶翔;直升机飞/发综合控制半物理仿真平台视景仿真及接口设计[D];南京航空航天大学;2009年
8 李鹍;基于自动同步离合器CODOG动力装置半物理仿真研究[D];上海交通大学;2012年
9 杨国刚;机器人大脑浮点化及其半物理仿真架构研究[D];长安大学;2011年
10 姚晓晨;深水半潜式平台系泊自动定位半物理仿真研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026