浮筒锚泊系统受力分析与其仿真

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1、哈尔滨T程大学硕+学位论文第1章绪论1．1课题研究的目的和意义具有广义的“海洋工程’’概念自上世纪的60年代开始逐渐得以流行，至今近五十年，随着海洋油气资源等矿产的深度开采，海洋工程及其科学研究得到了快速的发展，且其内涵也不断得到充实丰富。21世纪是海洋资源开发的新世纪，世界各国把开发海洋、发展海洋经济和海洋产业作为国家发展的战略目标。80年代以来，美、日、英、法、德等国都相继制定了海洋科技发展计划，提出了优先发展海洋高技术的战略决策。1985年美国率先制定了<全球海洋发展战略与规划》。发达国家已经拉开了加速海洋开发和竞争的帷幕，海洋成为国际竞争的重要

2、领域。我国“九·五一期间，‘国家863高技术计划海洋领域》项目正式启动，标志着我国进入了国际开发海洋的行列。在海洋工程研究中，人们最感兴趣的仍然是海洋油气资源开发的主要工具——诲洋平台。海洋油气资源开发商大部分都采用半潜式平台、张力腿平台(TLP)、圆柱形平台(Spar)和浮式生产储油系统(FPSO)等深海石油资源开采作业装备。无论采用何种形式的平台，都要利用锚泊系统被长期系泊于恶劣的海洋环境中作业。锚泊系统的形式多种多样，不同的平台和不同的海域都有与之相适应的锚泊系统。随着海洋资源开发逐步向深海挺进，由于传统的钢质锚链和钢筋束系统随着水深的增加导致其

3、自重增加与水平刚度减少，因而其锚泊有效性愈来愈差，更何况在深水中呈悬链线形状的锚泊系统覆盖着相当大的水域，严重地影响到当地管线与缆索的敷设和其他船舶在该水域的锚泊。为了解决这一问题，适应于深水的浮筒锚泊系统应运而生。浮筒锚泊系统是指浮力器件、悬链线和锚设备组成的锚泊系统，是锚泊系统的一种。本文既是在目前国内这方面研究较少的环境下，展开对浮筒锚泊系统的研究。哈尔滨T程大学硕士学位论文1．2浮体运动与波浪载荷理论研究现状海洋环境载荷包括波浪载荷、风载荷以及流载荷等，其中波浪载荷是平台设计中需要重点考虑的一类载荷。自从WeinblumandSt．Denis提

4、出了开创性的研究成果以来n1，浮体运动和波浪载荷理论研究己取得了显著的进展。St．DenisandPierson将频谱分析方法引入到船舶工程领域口1，使得不规则波中船舶运动和波浪载荷预报成为可能，并且使对规则波中的船舶运动理论的深入研究成为迫切需要。根据运动特性，浮体运动和波浪载荷理论预报研究在模拟方法上(时域和频域)有几个发展方向：一个是以线性切片理论为基础，计及非线性效应，在频域内甚至时域内预报船舶运动和波浪载荷响应：另一个方向是三维理论的发展和应用。1．2．1切片理论Korvin-kroukovskyD儿町基于船体细长体假设，首次提出了处理摇荡问

5、题的切片理论。Tasai喳1和GrimandSchenzle嗍将切片理论应用于船舶在斜浪中横向运动预报之中。接着，基于不同的假设，出现了一系列不同的线性切片理论，如新切片法(NewStripTheory。Tasai和Takaki)盯1、合理切片法(RationalStripTheory，Ogilvie＆Tuck)Is]STF法(Salvesen，Tuck＆Faltinsen)四1等等。一些学者在沿着实用化的道路对切片理论进行了非线性推广。在频域上基于摄动理论，JensenandPedersenn帕发展了预报航行于中级海情下船舶运动和波浪载荷响应的非线性

6、二阶切片理论，它在线性切片理论的基础上，将入射波力、船体几何形状和二维水动力系数的二阶效应考虑进去。Adeegestnu进一步考虑了三阶效应。相对于频域方法，时域分析可以处理瞬态问题、时历响应及船体大幅运动时的非线性问题。一种时域模型是直接由频域切片理论拓展而来，MeyerhofandSchlachtern羽，Yamamoto，FujinoandFukasawa【13】，FujinoandYoon【I．】’GuedesSoares【15】，ChenandShenn岫和Petersenn刀等在这方面做了大量的工作。由于时域理论研究目前2哈尔滨-T程大学硕

7、士学位论文尚存在着诸多技术困难，如水面浮体水线积分项的数值计算处理及其收敛等难点问题，使得时域理论近年少有实质进展，故这里不予过多介绍。尽管许多学者应用非线性切片理论对船舶大幅运动和载荷响应作了较为成功的预报，但该理论仍有待系统的理论推导和试验验证。1．2．2三维水动力理论自从HessandSmithn町提出了以分布源和分布偶极为基础求解无界流场中三维无升力绕流问题的分布奇点方法以来，三维水动力理论取得了显著的进展。目前，三维水动力理论研究的热点方法包括自由面Green函数方法、Rankine源方法和全非线性方法。自由面Green函数方法通过在浮体湿表

8、面分布源汇来确定流场速度势。该理论体系中的Green函数满足除物面条件以外的所有定解条件，从而