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基于顶张紧式立管干涉分析的多目标优化设计

黄鸿  
【摘要】: 顶张紧式立管(TTR)是浮式海洋结构与海底井口间的主要连接构件,对于紧密垂直排列的TTR立管而言,由于立管在海流作用下所产生的弯曲挠度与立管的长度密切相关,因此立管间的相互干涉以及发生碰撞的可能性随着水深的增加而增大。 立管间的干涉是由于上游立管的遮蔽效应而产生的,下游立管受到尾流的影响导致作用在下游立管上的海流流速发生变化,进而影响到上游立管和下游立管上的海流载荷。尾流的影响主要包括三个方面:遮蔽效应引起的下游立管流速的亏损;波激振动对下游立管的影响;涡激振动引起立管拖曳力系数的放大作用。本文根据DNV-RP F-203规范,从以上三个方面对TTR立管进行了干涉分析及参数敏感性研究。 另外,立管设计的关键问题之一就是保证相邻立管间有足够大的间隙来避免发生干涉或碰撞。影响顶张紧式立管干涉的主要因素有两个:顶张力因子(ttf)和立管顶部初始间距,对于立管系统而言,这两个因素在建造成本和结构安全性上有着不同程度的影响:增加立管间距意味着增加了井口的规模,这对平台总体参数(例如:甲板空间和承载能力)产生很大的影响;增加顶部张力将会增加对张紧器能力的要求。为了协调这两个彼此互不相容的两个目标(成本和安全性),合理的分配甲板处立管间距和立管顶部张力,在确保立管结构安全的基础上,尽量地降低成本。本文选取干涉分析的两个敏感性因素(顶张力因子和立管顶部初始间距)为优化变量,使用多目标优化方法协调设计立管间距和建造成本,以保证结构安全和合理的建造费用。


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