Spar平台水动力性能分析及其系泊缆失效研究

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1、Spar平台水动力性能分析及其系泊缆失效研究HydrodynamicPerformanceAnalysisandMooringCableFailureResearchofSparPlatform工程领域：船舶与海洋工程作者姓名：蔡晓雄指导教师：曾恒一教授企业导师：徐立新天津大学建筑工程学院2017年11月摘要深水Spar平台是人类挺进深远海、开发深海油气资源的一种关键工具。由于深海环境载荷复杂多变，风载荷、波浪载荷和海流载荷综合作用下工况恶劣，Spar平台的水动力性能和系泊系统需要经受严格的考验。本文基于某1507米水深海域的深海Spar平台，计算了TrussSpar平台

2、系泊系统的特性及其动力响应情况，研究系泊缆失效条件下平台的运动响应及其对系泊性能的影响。这项工作有较高的应用价值和社会效益。主要包括如下几个方面内容：Spar平台的水动力性能分析。基于三维势流理论，建立Spar平台的几何模型和水动力分析模型，计算得到平台的各项水动力系数，包括附加质量系数、阻尼系数、一阶波浪力等结果。在Spar平台总体响应分析的基础上，用时域方法对Spar平台及其系泊系统进行耦合分析，得到平台运动的时历曲线，作为系泊系统与平台主体耦合运动分析的重要基础。平台系泊系统的性能受到不同环境条件和载荷工况等因素的影响，本文着重研究了环境条件、系泊方式和系泊缆材料三

3、种重要因素，采用控制变量的方法，通过对比分析，确定各参数的变化对平台的耦合运动响应所产生的作用和影响。针对在Spar平台设计和评估中需要考虑的平台系缆断裂失效问题，通过计算得到Spar平台的耦合运动响应和系缆张力—时间迹线结果。分析单根缆绳断裂失效瞬间系缆张力的瞬态幅值响应，研究并评估了其对系泊系统和平台整体性能的影响。结果表明：在Spar平台时域耦合分析中，平台的最大位移不超过最大水深的10%，满足APIRP2SK规范和环境载荷的要求。同时，采用张紧式系泊方式和聚酯材料的系泊缆都能提高平台的系泊性能。当单根系泊缆断裂失效时，与断裂系缆相邻的系缆所的瞬态张力响应往往是最大

4、的，显示出系泊系统对断缆失效工况的抵抗性和保持稳定的恢复性。同时，要注意防范受力较大系缆组的断裂失效，保证平台的安全和稳定性。关键词：Spar平台，水动力响应，系泊系统，时域耦合分析，断缆瞬态张力IABSTRACTTheDeepwaterSparplatformisakeytoolforhumantopushforwardthedeepsea,itplaysanimportantroleindeepwateroilandgasfielddevelopment.Duetothecomplicatedandchangeableloadsinthedeepseaenvironm

5、ent,theaerodynamicperformanceoftheSparplatformneedstobetestedstrictlyunderthecombinedactionofwindload,waveloadandoceancurrentload.TheSparplatformistypicallymooredandkeptinpositionbysteelwiresorpolyesterlinesthatareanchoredattheseafloor.Whenoneormoremooringline(s)/anchor(s)failureduetoseaf

6、loorgeotechnicalhazards/instabilitiesorotherreasons,itimposesgreatrisksontheSpar.Thepaperhereinchecksthefloater’strajectorymotionsandtheimpactonmooringandriserstrengthsunderthemooringline/anchorfailureconditions.AcasestudyconsidersadeepwaterSparplatforminstalledinawaterof1507mdepth.(1)Res

7、earchonhydrodynamicperformanceofSparplatform.WiththehelpofSESAMsoftware,basedonthethree-dimensionalpotentialflowtheory,establishthegeometricmodelandhydrodynamicmodelofSparplatform,thencalculatethehydrodynamiccoefficientsoftheplatform,includingtheaddedmassanddampingc