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深海平台内波运动响应研究

何景异  
【摘要】: 在密度分层的海洋中,频繁活动的内波的存在不仅会对海洋工程结构物产生很大的冲击载荷,而且还会导致其产生大幅度的运动,从而对其安全性和正常运行造成直接的破坏性影响。虽然对这一问题的严重性和迫切性已经引起了我国海洋石油界的高度重视,但目前所能见到并能够指导工程实践的研究工作还相当少。随着海上油气资源开发逐步向深海推进,针对我国南海特殊的海洋环境,研究深海平台内波运动响应问题,不仅具有重要的学术意义,而且具有重要的工程实际应用价值。 在回顾和总结了目前国内外研究进展的基础上,本文就两层流体中深海平台内波运动响应问题,进行了以下几方面的研究工作: 在第二章中,研究了两层流体中Spar平台在内波作用下的运动响应问题。在线性势流理论框架下,提出了在内波作用下Spar平台运动响应及分段式悬链线系泊张力特性的计算方法。数值分析了两层流体内界面位置、入射内波的波长以及系泊索初始预张力对Spar平台运动响应及其系泊索张力特性的影响规律,结果表明了内波对Spar平台纵摇运动响应的影响是小的,但对Spar平台纵荡与垂荡运动响应及其系泊索张力的影响是不可忽视的。因此,在Spar平台的设计中,考虑内波的影响是重要的。 在第三章中,研究了两层流体中内波作用下张力腿平台的运动响应问题。根据牛顿定理,得出TLP六自由度运动方程。利用Morison公式计算内波载荷,并推导流体静矢量和张力腿张力矢量公式。从推导中我们可以看出作用在TLP上的外力和力矩都是平台的非线性函数。TLP六自由度运动方程是耦合的非线性微分方程组。采用四价Runge-Kutta在时域上求解这个非线性方程,编制了相应的数值计算程序。分析计算不同波长、上下层不同深度比及不同波高对张力腿平台运动响应及张力腿张力特性的影响规律。


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