海洋平台浮托安装的数值实验研究.pdf

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1、第43卷第3期2013年3月中国海洋大学学报PERl0DICALOF0CEANUNIVERsITYOFCHINA43(3)：086～091Mar．，2013海洋平台浮托安装的数值实验研究+王文娟1，王树青1料，李思强2(1．中国海洋大学山东省海洋工程重点实验室，山东青岛266100；2．山东港湾建设集团公司，山东日照276826)摘要：相较于传统的吊装法，浮托安装法是目前一种比较安全、经济、可靠的大型组块海上安装方法。本文对某平台上部组块的海上浮托安装进行了数值模拟，应用ANSYS-AQWA软件建立上部组块一驳船一系泊系统

2、模型，在时域内对模型就位状态下的运动响应进行了耦合动力分析。重点研究了不同波浪工况下上部组块一驳船一系泊系统模型关键点的运动以及系泊张力的变化情况。研究结果对实际工程中应用浮托安装法施工具有重要的参考意义。关键词：海洋平台；浮托法；AQWA,耦合分析；数值模拟中图法分类号：P752文献标志码：A文章编号：1672—5174(2013)03—086—06随着海上油气资源开发力度的进一步加大，各类型的海上平台正趋于大型化和综合化，单个平台上部组块的重量逐渐从2000t增加到28000t，而我国海上起重能力的发展速度远远跟不上模

3、块重量的增长速度。实际工程中常将大型平台组块进行分块安装或是租用国外的大型起重船，这就加大了海上安装施工的作业成本、增加了海上作业时问及海上作业风险。因此，寻求一种安全、可靠、经济、高效的海上安装技术是国内外学者长期以来的一项重要课题[1≈]。浮托安装法，是指建造完成后的平台上部模块由驳船运载驶人大开口导管架，并在相应位置抛锚系泊完成定位，向驳船中加水进行压载，使平台上部组块与导管架进行对接，完成对接后，驳船驶出大开口导管架，从而完成平台的海上安装作业。浮托安装法工艺较复杂，主要过程包括：滑移装船、海上运送、海上安装。其中

4、，海上安装是浮托安装最复杂的程序，主要步骤包括：驳船等待、驳船就位、对接过程和驳船撤离[4]。随着海上浮托安装法的出现，国外已有学者对海洋平台浮托法安装进行了研究[5]。Gerner等人[6]提出了一种利用Ampelmannsystems的新型浮托技术，并进行了物理模型试验。Xia等人I-71对浮托法安装小型平台进行了数值模拟，研究了船舶的纵荡、上部组块的水平及垂直位移。Maher等人[8]利用数值模拟和物理模型试验两种方法研究了浮托法海上安装Spar平台。在国内，房晓明等人[9]探究了海上平台应用浮托法安装的新工艺实践，

5、包清华[10]根据赵东油田极浅海平台的海上安装方案进行了讨论。许鑫等人[11]利用数值和物理模型两种方法对浮托安装法进行了系统研究。国内学者大多围绕海洋平台上部组块的施工与安装方法进行研究与讨论，而对平台与驳船整体在不同环境荷载作用下的运动性能以及系泊系统的受力情况的研究甚少。到目前为止，我国很多工程已采用浮托法技术进行了海上安装，但现有文献中相应的数值模拟报道较少。本文利用水动力分析软件AQWA建立浮托法模型，并研究了在风、浪、流联合作用下，装载有上部组块的驳船舷侧关键点的横向偏移量、上部组块关键点的垂向偏移量以及系泊张

6、力，为大型海洋平台海上浮托法安装提供相应的理论依据。1计算基础1．1三维势流理论三维势流理论是计算结构物湿表面上波浪力最常用的方法。该理论假定流体是理想的、有势无旋，且速度势在流体域内满足拉普拉斯方程和4个边界条件：自由表面条件、物体湿表面条件、海底条件和辐射条件。求解流场中的速度势是浮体在波浪中运动的关键问题，速度势可以根据拉普拉斯方程和4个边界条件确定。应用叠加原理，将速度势A分解为人射势j5：，扰动势九，而扰动势丸又分解为辐射势9，和绕射势蜘：够(z，Y，z)一虫(z，Y，2)+9l，(z，Y，z)+弘(z，Y，z)

7、(1)以自由面源势作为格林函数，应用格林定理求解边界条件，便可得到总速度势屯，进而求得物体的表面压强分布及波浪力与力矩。*基金项目：国家自然科学基金重大国际合作项目(51010009)；新世纪优秀人才支持计划项目(NCET一10一0762)资助收稿日期：2012—01—09；修订日期：2012一10—15作者简介：王文娟(1986一)，女，硕士生。E-mail：wangwenjuanl96@163．COrn÷÷通讯作者：E-mail：shuqing@OUC．edu．cn3期王文娟，等：海洋平台浮托安装的数值实验研究1．2浮

8、体运动方程风浪流作用下，系泊浮体的时域运动方程如下：(M+m)量(￡)+IK(t—v)Jc(t)dr+(X(￡)一j甑(￡)+嘞(￡)+FM(￡)+‰+砌(2)式中：M为浮体的广义质量阵；m为浮体的广义附加质量阵；K(￡一r)为系统的延迟函数阵；C为浮体的静水恢复力的系数阵；重(￡)为浮体的加速度列阵；