考虑粘滞阻尼的Truss Spar频域响应分析.pdf

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1、第40卷第1期2011年02月船海丁程SHlI’＆．()【：E人NEN(jINEERlNGV01．40No．1Fcb．20ll考虑粘滞阻尼的TrusSpar频域响应分析刁伟1。翟钢军1。李彬彬2(1．大连理工大学建设工程学部，辽宁大连116024；2．哈尔滨工业大学土木工程学院。哈尔滨150090)摘要：联合势流理论与修改的Morison方程，建莎波浪作用下的TrussSpar平台运动响应计算模型。波浪激振力与相关水动力信息采J}{高阶边界元计算方法获得。通过数值模拟得到Trussspar平台纵荡、垂荡和纵

2、摇R朋)．针对Morison阻力系数对响J缸的影响进行参数分析。计算结果渺示．纵荡和纵摇仅枉低频部分对阻力系数敏感。冈此平台在遭受二阶波浪慢漂力作用时．粘滞阻尼将起到酉要作用。对于垂荡疗向．由于Trussspar安装的垂荡板提供r较大的噬向粘滞阻尼．因此垂荡RA()受阻力系数的影响较大。关键词：TrussSpar；运动响应；频域；波浪；粘滞阻尼中图分类号：U656．6文献标志码：A文章编号：1671—7953(2011)01—0147一05Spar立柱式平台在墨西哥湾的成功应用证明了其良好的深水适应性，受到

3、油气开发商欢迎，极具发展前景。TrussSpar在第一代C1assicSpar的基础上进行了改进。使用桁架与垂荡板结构作为平台中段．放弃了储油能力，但有效降低了平台成本和建造与安装难度。Spar平台良好的运动性能。是其得到广泛芙注的重要原冈，因此关于平台在复杂环境中的运动响应是研究者关注的焦点。各国学者虽对TrussSpar平台的运动响应进行了许多研究Ll‘5]。但预报结果与试验或全尺度测量结果还存在差异，运动响应的数值模拟仍需进一步研究。TrussSpar平台主体尺寸较大。通常在30～50m，对入射波浪的

4、影响不能忽略。所以。主体水动力计算包括激振力、附加质量以及辐射阻尼等需要通过绕射及辐射理论求解。在极限条件或较低波浪频率激励下，水平运动的辐射阻尼较小，此时粘滞阻尼对平台的响应变得霞要。能够减小纵荡和横荡在低频Ⅸ域的幅值响应进f『『『降低平台设计建造成本。故需要在辐射与绕射计算模刑基础I：增加Morison单元模型，提供粘滞阻尼项。同时Morison方程还用于预报TrussSpar平台收稿日期：20lO一03一12修回日期：2010—05—07资助项目：Ⅲ家863计划(2006A人09A103)。作者简介：

5、刁伟(1984一)．男．硕}乍。研究方向：海洋平台结构与运动性能I}瑚iI：deepdw@dlut．cdu．cn中的小尺寸构件包括竖向立柱和X形桁架。因此，Morison阻力系数的取值对平台响应显得比较重要。另一方面，阻力系数又与K(?数、雷诺数、物体截面形状、粗糙程度等多方面因素有关。目前的水池缩尺模型试验，由于实验室条件与技术的限制，试验结果往往很难反映真实的情况。在这种情况下．阻力系数对TrussSpar运动响应的敏感性研究显得很有意义。1计算模型与方法1．1Tru辎Spar平台的结构配置根据墨两哥海

6、况资料设计的一座适应水深1500m的典型TrussSpar平台，其基本组成部分与尺寸见【冬j1。TrussSpar平台由上体、主体、桁架、垂荡板、软舱、立管以及系泊系统等组成。平台质量、重心、浮心、纵摇网转半径等平台特征参数见表1。图lTru鲻spar计算模型基本组成部分表lTrl酗spar平台特征参数统计统汁项数值主体A径／m40硬舱高度／m75垂荡板K寸／cm×cm40×40X形桁架逝径／m1．25平台总质破／t98132重心位髓(KC)／m138．7浮心f缸置(KB)／m153．1纵摇IIIJ转半径／

7、m91．7147第1期船海工程第40卷由于Spar平台的几何对称性，对特征自南度纵荡、纵摇和垂荡进行分析．首摇响应相埘很小，对平台整体性能的影响很弱，没有对其进行分析。在系泊系统方面，将系泊索简化为水平方向的弱刚度线性弹簧。由于在频域对TmssSpar进行响应与参数敏感性分析，这样的假设是合理的。1、mssSpar平台总共配置12根系泊索，索问央角为30。，系泊系统布置见图2。图2系泊系统布置1．2绕射及辐射单元计算模型使用高阶边界元方法求解平台主体、垂荡板和软舱的水动力信息，通过物面上水动压力的积分得到激

8、励力、附加质量和辐射阻尼。基于势流理论的的计算使用大连理工大学波浪与三维结构物作用的边界元分析程序W气FI)UT。绕射及辐射的单元计算模型见图3。1．3Mori鲫n公式计算模型TrussSpar平台拥有一些小直径的网柱结构包括连接硬舱与软舱的嗲向立柱以及X型桁架，由于特征尺寸较_、璺．芋单婴篓2奎苎图3Tr嚼sp盯绕射／力预报。采用修改的一辐射单毳妄⋯“Morison公式，考虑入射波浪与平台的相对运动，单位高度修