半潜船运载装卸海洋结构物的可行性分析与压载方案优化

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1、天津大学硕士学位论文第一章绪论1．5本文研究的主要内容本课题考虑联合体航行以及半潜船下潜卸载海洋结构物这两个过程，研究大型半潜船运输海洋平台的可行性及其下潜过程的压载水优化。综上所述，本论文的主要工作是：1、根据半潜船的型线和平台外型，建立联合体的计算模型。2、根据上述建立的模型，进行稳性和总纵强度的计算校核。3、综合考虑吃水的变化和不同环境载荷的影响，计算联合体的运动。4、判断最危险的时刻，探讨航行过程中最合适的吃水位置。5、设计下潜过程中的压载水的最优化方案。综上所述，本文的研究宗旨就是利用现有权威

2、软件，对半潜船运输及装卸平台的过程进行分析研究，并结合软件进行下潜优化问题的后期开发工作，提出一种方案设计的方法及实例，以期为此类半潜船联合体航行过程中的最佳吃水深度确定、具有复杂自浮状态运载结构物下潜卸载过程时时最优压载方案确定的问题，提供理论上及使用方法上的指导。大津大学硕十学位论文第二章半潜船运输海洋结构物的模型的建立本章首先研究半潜船运输及装卸海洋结构物的过程，确定其需要计算的内容．选取台适的软件对问题进行处理；之后确立准确的模型，对整个动态过程进行真实的模拟，其计算所得数据能够对运输及装载过程

3、的深入研究产生帮助。下图显示了荷兰DOCKWISE公司的一艘5万吨半潜船正在运送某张力腿平台的局部的情况。2．1波浪理论介绍211切片理论图2-1半满船运输海洋结构物实例1955年，应用空气动力学中的细长体概念，Korvin—krovskv首次提出了处理问韪的切片理论。返一理论假定船体是细长的，可沿船长方向将船体分成若干段．对各剖面段来说，流动可近似认为是二维的，按二维流动求得各剖面段遭受的流体作用力后，沿长度方向积分求得船体上总的流体作用力。辅以若干物理直观考虑，理论中还计入了前进速度的影响。1957

4、年Korvin—krovsky和Jacobs对该理天津大学硕士学位论文第二章半潜船运输海洋结构物的模型的建立论作了进一步修正，并与试验结果作了广泛的比较。从此，切片理论在船舶运动问题中的应用引起了普遍的重视。切片法属于频域线性化理论，它充分利用船体细长的特点，把围绕船体的三维流动简化为绕各横剖面的二维流动求解。切片法可以用来求解船舶运动微分方程，解得船体在规则波中的升沉(heave)、纵摇(pitch)、横荡(sway)、横摇(roll)、纵荡(surge)、首摇(yaw)六个自由度上的运动以及波浪引起

5、的垂向和水平方向剪应力、弯矩和扭矩。这种方法可以计算在规则波中以定常速度、沿任意航向航行的船的运动。由于切片理论计算相对简便和与试验结果吻合较好(特别对迎浪中船舶的纵摇和垂荡)，为工程实际问题的研究和解决提供了现实的手段，因而受到了造船工程师的认可和欢迎，同时切片理论得到了进一步的合理化和严密化。由于基础假定的某些不同，出现了多种不同的切片方法，例如：新切片法NSM(TasaiandKakagi，1969)、合理切片法(OgilvieandTuck,1969)、STF法(Salvesen，Tuckand

6、Faltinsen．1970)等等。但是，这些切片理论的计算是在频域中进行的，忽略了一些重要的非线性因素，如波面位移及运动引起的船体湿表面变化等，并没有考虑到各剖面间的相互干扰，用切片法近似地处理某些流体动力问题，还存在着一些不足。2．1．2三维线性势流理论作为浮体在波浪上运动的流体动力问题，关键是求流场中的速度势。流场中的总的速度势应包括入射波的贡献、浮体存在对流场扰动的贡献和浮体运动对流场扰动的贡献。即或=或+痧。=或+多，+多7(2-1)式中：咖为流场总速度势；瓯为入射势；西。为散射势，可表示为西

7、。=咖，4-妒，；咖，(，-l，2，3，4，5，6)为辐射势，表示浮体运动对流场扰动的贡献；鹞为绕射势，表示浮体存在对流场扰动的贡献。根据均匀、不可压缩和无粘性的理想流体假定，速度势西满足线性拉普拉斯方程，即：V2西：0(2·2)入射势吼取单一频率，单一方向的平面入射波速度势。它作为己知的输入天津大学硕士学位论文第二章半潜船运输海洋结构物的模型的建立给出。无限水深中入射势定义为：哦：坠ebsin(kxcosa+kysin口一ca)(2-3)缈式中：A为人射波波幅；国为入射波波频；g为重力加速度；口为人射

8、波的方向角；k为人射波的波数⋯】。2．1．3无航速浮体辐射和绕射问题由拉格朗日积分方程可知，要得到流体作用在浮体上的压力就必须知道流场的速度势痧。在频域内，速度势咖可以表示为多=伊(而Y，z)e一耐。由于‰(x，Y，z)已知，因而计算缈(x，Y，z)就变为计算绕射势伊，(x，Y，z)和辐射势伊，(x，y，z)，即绕射问题和辐射问题。辐射问题的控制方程和定解条件可以表示为：【拉普拉斯方程】：V2鱿20[自由面条件】：挈．v妒j：o(z：o)【