波浪中半潜式平台气隙响应预报.pdf

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1、第39卷第5期2010年10月船海工程SHIP&OCEANENGINEERINGV01．39No．5OCt．2010DOh10．3963／j．issn．1671—7953．2010．05．067波浪中半潜式平台气隙响应预报陶晶晶，王言英(大连理工大学船舶工程学院，辽宁大连116024)摘要：为了实现半潜式海洋平台气隙预报，应用边界元数值方法计算平台垂荡运动的频率响应函数，根据线性变换原理计算给定海况下波浪与平台相对位移的谱函数，建立平台在波浪中运动的气隙响应计算程序。通过对Veslefrikk半潜式

2、平台气隙设计参数的校验计算表明，所提供的气隙响应预报数值算法可以为工程设计提供参考依据。关键词：平台气隙；边界元方法；频率响应函数；海浪谱中图分类号：U656．6文献标志码：A文章编号：1671—7953(2010)05—0238—04半潜式平台浮体底部同波面间的垂直距离称之为气隙。鉴于波浪运动是随机的，平台在波浪作用下的运动响应也是随机的，因此浮体底部各处的气隙为一随机变量。当浮体在随机波浪激励下相对于静止水面的垂直运动位移小于同一方向水面的位移时，可能导致浮体底部遭遇波浪冲击而发生砰击和甲板上浪

3、，从而形成浮体和作业的不安全因素。于是，平台设计中必须考虑在作业海况与装载条件下浮体底部同静止水面之间的垂直间隙应足以保证避免发生浮体底部砰击与甲板上浪‘¨。半潜式平台具有较小的水线面积，排水量大多集中于水下较深处，在波浪作用下的运动是不可避免的。鉴于平台同波浪等海洋环境因素的相互作用，气隙计算预报时必须考虑平台同波浪的耦合运动。在平台设计初期，为最大限度地避免浮体遭遇砰击与甲板上浪，根据浮体底部同静止水面的垂直间隙以及在规定的海况下平台与波浪的相对位移计算结果，进行气隙响应预报和调整浮体底部同静止

4、水面的垂直间隙设计值。应用基于NURBS的边界元方法和频域三维移动脉动源的收稿日期：2009—12一09修回日期：2010～01—12资助项目：国家“八六三”高技术研究发展计划赞助项目(2006AA09A104)作者简介：陶晶晶(1983一)，女，硕士生。研究方向：船舶与海洋结构物设计制造E-mail：yygwang(_磅dlut．edu．cn238格林函数以及频域中运动的线性变换算法软件系统，分别建立波浪与平台相对运动的频率响应函数的计算方法，以及给定遭遇概率条件下的气隙最大值的预报方法。l基本算

5、法图1为波浪激励下平台运动响应示意图。图1气隙响应示意图中MSW为平均静水波表面；口。为浮体底部同静止水面的垂直间隙；7／(t)为波表面瞬时升高；d(￡)为平台的垂向瞬时位移。如果刀与艿相等，则气隙响应a(￡)仍然等于静水间隙ao。大多数情况下，气隙响应口(z)可以表示为口(￡)=口。一[叩(￡)--3(t)]=ao--r(t)(1)式中：r(￡)——平台与波浪的瞬时相对位移。当气隙值口(f)

6、台设计给出浮体底部同静止水面之间的垂直间隙ao时，关于气隙口(￡)的预报归结于平台与波浪的相对位移r(￡)的计算，即须确定波表面瞬时升高的最大值枷和相应的平台垂向位移‰。1．1运动方程及其求解在浮体运动与波浪载荷的计算研究中，通常假定浮体所处的海洋环境是均匀、不可压缩、无粘波浪中半潜式平台气隙响应预报——陶晶晶，王言英和无旋的理想流体，因而可以应用势流理论求解浮体水动力问题。流场中的速度势应满足拉普拉斯方程以及自由表面、底部、瞬时物面边界条件以及初始条件和辐射条件[2]。在规则波作用下浮体作六自由度

7、的简谐振荡，可以在线性化势流理论范围内求解[3]。取直角坐标系o-xyz，o-xyz平面与静水面重合，坐标原点为物体处于平衡状态时过重心的铅垂线与静水面的交点，z轴垂直向上。讨论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。流场中的总速度势应包括入射波、浮体存在对流场的扰动和浮体运动对流场扰动的速度势[4]，即垂一瓯+或一瓯+垂i+西(2)式中：痧一总速度势；瓯——入射势；愈——散射势，可以表示为或一西+垂i；其中：@——辐射势，表示浮体运动对流场扰动的贡献，、．i一1，2，3，4，5，6

8、)；西——绕射势，表示浮体存在对流场扰动的贡献。在规则波作用下，浮体作六自由度的简谐振荡，其复位移为：叩(￡)=r／e⋯‘一(r／i孕弘孕,／5咖)1e⋯‘(3)式中：功——复数振幅，依次指纵荡、横荡、垂荡、横摇、纵摇和艏摇，(J一1，2，⋯，6)。由于入射势瓯(z，Y，z)已知，因而计算函(z，Y，z)就变为计算辐射势或(z，Y，z)和绕射势西(z，Y，z)；须分别满足辐射问题的控制方程和定解条件和绕射问题的控制方程和定解条件[5]。1．2平台与波浪的相对运动求解规