q考虑平台本体一张力腿一基础耦合的tlp平台动力特性分析

《q考虑平台本体一张力腿一基础耦合的tlp平台动力特性分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、54卷第4期(总第207期)中国造船v01．54No．4(Seria1No．207)2013年12月SHIPBUILDINGOFCHINADec．2013文章编号：1000．4882(2013)04．0063．08考虑平台本体一张力腿一基础耦合的TLP平台动力特性分析秦尧，唐友刚，王臻魁(天津大学建筑工程学院天津大学水利工程仿真安全国家重点实验室，天津300072)摘要针对典型的TLP平台，考虑张力腿与桩基础的耦合效应，建立张力腿平台在波流联合作用下的动力响应分析模型。采用势流理论计算平台的水动力性能、一阶波浪力及二阶和／差频波浪力传递函数。在极端海况下计算并分析TLP平台的

2、动力响应；将刚性基础及不同桩径、埋深长度组合时的弹性基础进行对比，研究弹性基础对TLP平台动力特性的影响通过分析得到一些对实际工程有指导作用的结论。关键词：TLP；耦合分析；QTF；桩基础；动力响应中图分类号：U661．43文献标识码：A0引言张力腿平台(TLP)是一种典型的半顺应、半固定式深海油气开采平台。它主要由平台本体、系泊系统(张力腿)和锚固基础这三部分组成。对于典型的TLP平台，其纵摇、横摇、垂荡运动的固有周期为1～5s，纵荡、横荡、首摇的固有周期为80～200s，均在波浪主要周期之外，显示出良好的稳定性[1】o国内外众多学者对张力腿平台展开了广泛的研究。Xiaoh

3、ongChen等采用不同模拟方法计算深水TLP平台6自由度方向上的运动响应，验证TLP平台本体及立管／张力腿的动态耦合效应[2]。任顺利等采用SESAM分析张力腿刚度变化与运动响应的关系【3】。徐万海等将张力腿简化为非线性梁结构，建立平台本体与张力腿系泊系统的耦合振动方程[4]。闫功伟等结合水动力分析软件AQWA，考虑随机波浪载荷及风、流载荷的共同作用，模拟分析极端海况下平台的动力响应[5]。谷家扬等考虑立管、张力腿及平台本体的非线性耦合效应，建立了6自由度的振动方程，分析波高、周期等多种因素对张力腿平台运动响应的影响LoJ。然而在平台本体与张力腿系统的耦合动力响应分析中，大

4、多忽略了张力腿下部锚固基础的影响，视其为刚性基础，简化为铰支约束。本文在考虑TLP平台二阶和／差频波浪载荷的基础上，将桩基影响简化为弹性约束，分析张力腿与弹性基础的耦合及其对平台运动响应和张力腿张力的影响。收稿日期：2013．06．25；修改稿收稿日期：2013—10—12基金项目：国家自然科学基金重点项目(NO．51239008)中国造船学术论文1水动力性能分析1．1势流理论考虑TLP平台的辐射一绕射效应，基于势流理论计算TLP平台的附连水质量、辐射阻尼和一阶波浪力传递函数。一阶波浪力的表达式如下：g=H(z(式中，H【j(为一阶波浪力传递函数，Z(w)为波面升高，W为波浪

5、频率。1．2二阶波浪力传递函数(QuadraticTransferFunction)张力腿平台6自由度运动的固有频率均远离波浪的主要频率，避免了调和共振的发生，但平台对不同波浪频率成分产生的和频(sum．frequency)及差频(difference．frequency)分量比较敏感，这需要特别关注[丌。本文采用完整的二阶传递函数求解TLP平台的二阶波浪力。利用摄动展开法，沿浮体湿表面进行压力积分，求解单向双频入射波作用下TLP平台的二阶~1：I／差频传递函数，建立二阶波浪力传递函数的数据库。在不规则海浪中，存在不同的波浪频率成分及波浪角度成分，通过对频率及角度积分，得到平

6、台的二阶波浪力如下：g=￡eez(，)Z(，)H‘(wi，WE．f1)dw~dw2dfl(2)式中，，表示不同的波浪频率成分；表示波浪入射角；1t(，．)表示TLP平台的二阶和／差频传递函数；z(，)、z(w2，)表示某一角度成分下不同频率对应的波面升高；g表示二阶波浪力，包括二阶平均漂移力、差频慢漂力和高频波浪力。1．3张力腿模型根据非线性梁理论建立TLP平台的张力腿模型，基于莫里森方程计算张力腿的波浪载荷及流载荷。计算过程中将张力腿离散成若干单元分别求解，以提高计算的准确度。单元的动力方程如下：(Ms-4-^)曼+x=-4-fw-4-FG+FH-4-Fc(3)式中，为张力

7、腿单元结构质量矩阵，为单元附连水质量矩阵，为单元刚度矩阵，斌、为单元各自由度的加速度、速度和位移，为单元节点处的外载荷，只为波浪力，为单元结构重力，FH为浮力，为流载荷。1．4平台的振动方程基于水动力计算得到的附连水质量、辐射阻尼及一阶波浪力，计入二阶波浪力、立柱及浮筒的粘性作用，考虑平台本体．张力腿一基础的耦合作用，得到平台的振动方程如下【8】：+w)]+(w)+(+=+++(4)式中，M为平台质量矩阵，(w)为平台的附连水质量矩阵，c(w)为平台的辐射阻尼矩阵，为二阶粘性阻尼矩阵，K为平台的回复刚度