系泊系统设计简介
新型系泊系统的设计方法及其水动力性能分析
新型系泊系统的设计方法及其水动力性能分析一、概述随着海洋资源的日益开发和利用，系泊系统在海洋工程中的应用越来越广泛，其设计优化及性能分析成为海洋工程领域的重要研究内容。
新型系泊系统的设计及其水动力性能分析，对于保障海洋平台、船舶等海洋结构物的安全、稳定与高效运行至关重要。
传统的系泊系统设计往往基于经验公式和简化的力学模型，难以准确反映实际复杂环境下的水动力特性。
随着计算流体力学、结构动力学等学科的快速发展，以及高性能计算机和数值模拟技术的广泛应用，新型系泊系统的设计方法正在向精细化、智能化和集成化方向发展。
本文旨在探讨新型系泊系统的设计方法及其水动力性能分析。
将介绍系泊系统的基本类型和结构特点，以及其在海洋工程中的应用场景。
重点阐述新型系泊系统的设计原则、关键技术和创新点，包括材料选择、结构设计、优化算法等方面。
通过数值模拟和实验研究，分析新型系泊系统在不同海况下的水动力性能，评估其稳定性和可靠性，为实际工程应用提供理论支撑和技术指导。
1. 新型系泊系统的重要性和应用背景随着海洋工程和船舶工业的飞速发展，新型系泊系统在海上工程结构物，特别是风力发电、海洋石油开采、海上货物运输等领域的应用越来越广泛。
系泊系统的主要功能是为海上设施提供安全、稳定的定位，确保其在各种环境条件下都能正常工作。
传统的系泊系统虽然在过去几十年中得到了广泛应用，但在面对极端海洋环境，如大风、大浪、海流和潮汐等复杂因素时，其性能往往受到挑战。
研究和开发新型系泊系统，提高其在极端环境下的性能，对于保障海上设施的安全、提高经济效益、促进海洋工程的持续发展具有重要意义。
新型系泊系统的研究不仅涉及结构设计、材料选择、制造工艺等多个方面，更重要的是要对其水动力性能进行深入分析。
水动力性能是指系泊系统在海洋环境中的受力、变形、振动等特性，它直接决定了系泊系统的稳定性和安全性。
通过对新型系泊系统的水动力性能进行分析，可以预测其在不同海洋环境下的表现，为系统设计和优化提供理论依据。
系泊系统
系泊系统4.1 一般规定4.1.1 船式浮式装置系泊于单点系泊装置（下称单点系泊）上，也可采用多点定位系统；半潜式浮式装置一般采用多点定位系泊系统系泊于海上。
4.1.2 单点系泊装置的形式可包括但不限于：内转塔式单点系泊装置、外转塔式单点系泊装置、悬链式浮筒单点系泊装置、单锚腿浮筒单点系泊装置、塔架软刚臂式单点系泊装置。
4.1.3 浮式装置定位系泊系统的设计、建造和维护应符合发证检验机构的规范及标准和/或所用的规范及标准。
4.1.4 临时系泊设备（1）浮式装置除应配备定位系泊系统及设备外，还应配备供应其在迁航、移位和在港口系泊使用的临时系泊设备。
（2）临时系泊设备包括锚、锚链、锚机、拖航及附属设施，一般应按照发证检验机构的规范配备。
但基于油（气）田生产寿命，迁航海域及持续时间等因素，对船式浮式装置作业者可向安全办公室提出正式的书面专题申请，经批准后可免装一套临时系泊设备和/或在浮式装置就位后拆除全部或部分的临时系泊设备。
（3）对半潜式浮式装置，如果其定位系泊设备中有两套满足临时系泊设备的要求，则此定位系泊设备可以替代本条要求的临时系泊设备。
4.1.5锚链舱及其锚链管应水密延伸到露天甲板。
锚链舱如设有出入口，则该开口应以坚固的钢质盖及紧密螺栓关闭与紧固。
锚链管应设有永久附连其上的关闭装置以减少进水。
4.1.6 锚泊及系泊设备及相应的材料应经发证检验机构批准，并具有合格证书。
4.2定位系泊系统4.2.1定位系泊系统一般可分为：（1）多点系泊系统；（2）各种形式的单点系泊系统，此类系泊系统又可分为：a）无推力器辅助的系泊系统；及b）推力器辅助的系泊系统。
（3）动力定位系统4.2.2系泊索系泊索可由钢缆、纤维缆、锚链或以上各种系泊索的组合而构成。
系泊索上还可设有弹性浮筒和/或重块。
当系泊索上采用弹性浮筒和/或重块时，则应考虑其加速及可能的共振效应的影响。
4.2.3预张力确定浮式装置平均偏移时，允许调整预张力大小，以优化系泊索张力分布。
系泊系统的设计-系泊系统数学建模
系泊系统的设计:系泊系统数学建模系泊系统的设计摘要本文对系泊系统的设计问题进行了分析，给出合理的假设，建立优化模型，巧妙地解决了题目中所提出的问题。
针对问题一，首先采用集中质量的多边形近似法对单点系泊系统进行静力学分析，结合单点浮标系统特性，建立单点浮标的静力学模型，并对其算法进行改进，使算法能够迭代修正浮标受到的浮力。
其次通过适当的假设列出平衡方程并求解，得出锚链各节点处张力的递推公式，利用MATLAB软件迭代验证，最后得到了较为准确的结果。
针对问题二，基于问题一建立的模型，得出在题设条件下，浮标系统已不处于最优工作状态，须通过改变重物球来对系统进行调节。
计算出临界条件下重物球的质量，利用MATLAB 拟合得到的重物球重力与钢桶倾斜角度之间的关系曲线，得出对重物球进行调整的范围。
针对问题三，首先求得极端环境条件下钢桶倾角仍满足约束条件时候的重物球质量，然后通过合理的假设，在问题一建立的模型基础上，改变算法的迭代约束条件，从而得出不同情况下钢桶、钢管的倾斜角度、锚链形状、浮标的吃水深度和游动区域。
关键词：系泊系统；集中质量的多边形近似法；MATLAB；迭代一、问题的重述1.1问题的背景随着各国不断加大对海洋事业的投入以及不断深入对海底观测领域的探索，各海洋研究机构和海洋管理部门都相继建立了符合自身业务需求的海洋观测系统，其中浮标系统、系泊系统和水声通讯系统组成了近浅海观测网的传输节点。
而影响其系泊系统工作效果的因素很多，例如水流力、海风和水深等。
系泊系统的设计问题就是根据这些影响因素确定锚链的型号、长度和重物球的质量，使得系泊系统处于最佳工作状态。
从国家海洋资源战略角度来讲，研究各因素对系泊系统的不同影响显得尤为重要。
1.2问题的提出问题一：将该型传输节点布放在水深18m、海床平坦、海水密度为1.025×103kg/m3的静止海域时，选用II型电焊锚链22.05m，质量为1200kg的重物球，分别计算海面风速为12m/s和24m/s时钢桶和各节钢管的倾斜角度、锚链形状、浮标的吃水深度和游动区域。
系泊系统的设计数学建模
系泊系统的设计数学建模以系泊系统的设计数学建模为标题，我们来探讨一下该系统的数学建模方法。
系泊系统是指将船只或其他浮动物体固定在水中的一种装置。
在设计系泊系统时，需要考虑到多种因素，如风、波浪、潮流等。
为了确保系泊系统的安全性和稳定性，需要进行数学建模，以便分析和预测系统的行为。
我们可以考虑船只与锚之间的力学关系。
船只受到来自风、波浪和潮流等外力的作用，而锚通过拉力将船只固定在水中。
我们可以使用牛顿第二定律来描述船只的运动状态。
假设船只的质量为m，加速度为a，外力的合力为F，那么可以得到以下公式：F = ma。
接下来，我们需要考虑锚链的力学特性。
锚链是连接船只和锚的重要部分，它承受着船只在水中的运动引起的张力。
我们可以使用弹簧模型来描述锚链的特性。
假设锚链的弹性系数为k，长度为l，弹性形变为x，那么可以得到以下公式：F = kx。
除了船只和锚链的力学特性，我们还需要考虑水流的影响。
水流会给船只和锚链施加额外的力，从而影响系统的稳定性。
我们可以使用流体力学的知识来描述水流的特性。
假设水流的速度为v，密度为ρ，船只的受力面积为A，那么可以得到以下公式：F = ρAv。
在数学建模中，我们还需要考虑到船只的姿态稳定性。
船只在水中的姿态受到风、波浪和潮流等因素的影响，如果船只的姿态不稳定，就会导致系泊系统的不稳定。
我们可以使用刚体力学的知识来描述船只的姿态稳定性。
假设船只的质量矩阵为I，角加速度为α，扭矩为τ，那么可以得到以下公式：τ = Iα。
我们还需要考虑到船只与锚链之间的相互作用。
船只的运动会引起锚链的张力变化，而锚链的形变又会对船只的运动产生影响。
我们可以使用动力学的知识来描述船只和锚链之间的相互作用。
假设船只和锚链之间的相互作用力为F，船只的加速度为a，锚链的弹性形变为x，那么可以得到以下公式：F = ma = kx。
通过以上的数学建模，我们可以对系泊系统的行为进行分析和预测。
我们可以通过求解上述公式，得到船只、锚链和水流之间的关系，并进一步优化系统的设计，以提高系统的安全性和稳定性。
漂浮式海上风电机组基础及系泊系统设计导则
漂浮式海上风电机组基础及系泊系统设计导则漂浮式海上风电机组是一种利用风能发电的装置，它可以在海上进行安装和运行。
为了确保机组的稳定性和安全性，需要设计合适的基础和系泊系统。
本文将介绍漂浮式海上风电机组基础及系泊系统的设计导则。
一、基础设计导则1. 基础类型选择：根据海洋环境条件和机组规模，选择合适的基础类型，常见的有浮式基础、半浮式基础和沉管基础等。
浮式基础适用于较浅的海域，半浮式基础适用于中等深度的海域，沉管基础适用于深海。
2. 基础材料选择：考虑到海水的腐蚀性和机组的重量，基础材料需要具备良好的耐腐蚀性和强度。
常见的基础材料有混凝土、钢材和复合材料等，选择合适的材料可以提高基础的稳定性和耐久性。
3. 基础形状设计：基础的形状设计应考虑到机组的重心和风力对基础的影响。
合理的基础形状可以减小基础的倾斜和摇晃，提高机组的稳定性。
常见的基础形状有圆形、方形和多边形等。
4. 基础固定方式设计：基础的固定方式有锚链固定、钢缆固定和锚桩固定等。
选择合适的固定方式可以提高基础的稳定性和抗风性能。
同时，还需要考虑到基础的安装和维护便捷性。
二、系泊系统设计导则1. 系泊系统类型选择：根据基础类型和海洋环境条件，选择合适的系泊系统类型。
常见的系泊系统类型有单点系泊、多点系泊和主动控制系泊等。
单点系泊适用于浅海区域，多点系泊适用于中等深度的海域，主动控制系泊适用于深海。
2. 系泊系统材料选择：系泊系统的材料需要具备良好的耐腐蚀性和强度。
常见的系泊系统材料有钢材和合成材料等，选择合适的材料可以提高系统的耐久性和可靠性。
3. 系泊系统布置设计：系泊系统的布置设计应考虑到基础的形状和机组的重心。
合理的布置设计可以减小系泊系统的摆动和张力，提高机组的稳定性。
同时，还需要考虑到系统的安装和维护便捷性。
4. 系泊系统参数计算：根据机组的重量、风力和海洋环境条件，计算系泊系统的参数，包括锚链长度、钢缆长度和系泊点位置等。
合理的参数计算可以确保系统的稳定性和抗风性能。
系泊系统设计简介24页PPT
系泊系统设计主要包括： 1. 系泊系统的布置与选型 2. 强度分析 3. 疲劳分析 4. 间隙与干涉校核 5. 锚
三、系泊系统分析方法
容易混淆的定义：
在数值分析中， 根据平衡特性的不同可分为静力法，准静力法和动力法。 根据数值方法的不同，可分为有限元法和有限差分法。 根据运动特性的不同，可以分为频域法和时域法。 根据求解范围的不同，可分为耦合分析与非耦合分析。
系泊系统设计简介
单击此杨处小编龙辑20副19.标6 题
提纲
一、系泊系统作用与分类 二、系泊系统组成 三、系泊系统分析方法 四、其他
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一、系泊系统作用于分类
（一）系泊系统定义和作用（stationkeeping or positioning）
通过缆绳或其他机械装置将水面结构实施与固定点连接，使被系泊结构物具有抵御一定 环境条件的能力，保证设计环境下的作业需求，遭遇极端海况时，能够保证结构物 和系泊 系统本身安全。
三、系泊系统分析方法
静力法，准静力法，动力法
静力法适用于环境条件温和，系泊形式简单，水深较浅的系泊系统选型/初步设 计。随着系泊系统的复杂化，系泊结构物的大型化，油气开发的深水化以及计 算软件和工具的飞速发展现已基本弃用。 准静力法：计算速度快，可满足大部分工程设计需要，但忽略了缆绳上的惯性 力和拖曳力的影响。 动力法：广泛应用于深水或超深水系泊系统设计。
改变系泊系统的运动
Hale Waihona Puke 学与动力学状态，对上浮体也会造成影响。
三、系泊系统分析方法
静力法，准静力法，动力法
静力法：计算浮体所受的平均载荷，根据悬链线方程或系泊系统受力-位移曲线将载 荷在系泊系统间进行分配。 准静力法：考虑上部浮体的定常和慢漂运动，忽略系泊系统本身的动态效应，忽略 浮体波频运动队系泊系统影响，根据悬链线方程或系泊系统受力-位移曲线将载荷在 系泊系统间进行分配。 动力法：考虑上部浮体的动力效应，也考虑缆绳上的动态效应。
系泊系统的设计
关词：悬链线方程 遍历求解 静海水系泊系统 动海水系泊系统
一、 问题重述
本题给出一个传统的近浅海观测网的运输节点数据。 该运输节点可分为三个 系统： 浮标系统、 水声通讯系统和系泊系统。 浮标系统为传输节点在水上的部分， 系泊系统为 4 节前后相连接的钢管、装有水声通讯系统的钢桶、悬挂在钢桶末端 的重物球、由普通链环构成的锚链和沉在水底的锚。简化后，浮标系统可看做圆 柱体，其底面直径和高都为 2m，质量为 100kg;钢管也为圆柱体，每节长 1m，地 面直径 0.05m,质量为 10kg；装有水声通讯系统的钢桶也可看作一个高为 1m、底 面直径为 0.3m 的圆柱体，钢桶和水声通讯设备总质量为 100kg。 现给出约束条件： 钢桶倾斜会影响水声通讯设备的工作效果，若钢桶倾斜角 度超过 5 度，则该通讯系统无法正常工作。 问题 1：给出数据：重物球的质量为 1200kg，锚链为每节连环 105mm、单位 长度的质量为 7kg/m 的Ⅱ型锚链，海水深 18m，其密度为 1.025×103kg/m3 。忽 略海水的流力， 求解海面风速分别为 12m/s 和 24m/s 时，四节钢管各自的倾斜角 度、钢桶的倾斜角度、锚链形状、浮标系统的吃水深度和游动区域。 问题 2：在问题 1 的基础上，调节重物球的质量，使得风速为 36m/s 时， ， 锚链的起锚角不超过 16 度，并且钢桶的倾斜角度不超过 5 度。 问题 3：若海深度和海水流动速度、风速都不为定值，而是在一个范围内波 动。分析钢桶、钢管的倾斜角度、锚链形状、浮标的吃水深度和游动区域的变化 情况， 并通过确定锚链的型号、 长度和重物球的质量设计不同情况下的系泊系统。
其连接处的水平作用力 F78 ，因此在整个系统平衡状态下，水平方向有 F = F78 。 而 F 又为 h 的函数，所以表示锚链形状的悬链线方程也为 h 的函数。在建立悬链 线方程的过程中，我们也可以求得脱离地面的锚链长度 L 关于 x 函数。在锚链拖 地长度减小为 0 的瞬间状态下，起锚角 为 0 度，锚链除了末端与地面接触，其 他部分全部脱离地面，所以脱离地面的锚链长 L 22.05m ,得到此临界状态下 x 的值和对应的 y 的值。之后可得到 y h
数学建模系泊系统的设计
数学建模系泊系统的设计系泊系统的设计摘要近浅海观测⽹的传输节点由浮标系统、系泊系统和⽔声通讯系统组成，其中系泊系统由钢管、钢桶、重物球及锚链共同组成。
此种系泊系统承受风、浪、流的作⽤及锚链的作⽤⼒，运动特性⼗分复杂。
因此，针对海洋环境中⽔声通讯系统的要求，分析风浪中浮标的动⼒问题并设计出既安全⼜经济的系泊系统，对保证⽔声通讯系统的⼯作效果来说意义重⼤。
本⽂运⽤了两种⽅法对锚链进⾏了受⼒分析，⾸先对单⼀材质的锚链进⾏分析，从⽽得出了经典悬链⽅程，对不同段不同材质的锚链进⾏分段受⼒分析，得出了不同段不同材质的悬链⽅程，该⽅程的得出极⼤的⽅便了计算浮标锚泊系统的初始状态，为动⼒分析奠定基础；其次利⽤⽜顿法对锚链受⼒问题进⾏了数值求解，得到当海⾯风速为12/m s 加⼤到24/m s 时，每节钢管的倾斜⾓度也随之变⼤，浮标的吃⽔深度也不断增⼤，浮标的游动区域增加的更为明显。
当风速加⼤为36/m s 时，钢桶的倾斜⾓已超过5度，为使钢桶倾斜⾓⼩于5度，须将重物球的质量增加⾄1783kg 。
再考虑风⼒、⽔流⼒、潮汐（波浪）等动⼒因素时，可以将问题进⾏简化，即直接考虑在⽔深18m 的情况下由于波浪的作⽤（准确的说是2m 波浪的作⽤），可使整个浮标漂浮于⽔⾯上（20m 情形），也可使整个浮标沉于⽔⾯下（16m 情形）。
最后通过对浮标的受⼒分析，可得到浮标的动⼒控制⽅程，采⽤数值⽅法，可以得到在风速为36/m s ，⽔流速度为1.5/m s 时，倾斜⾓、吃⽔深度的数值解。
关键词：浮标；系统；设计；动⼒分析⼀．问题重述近浅海观测⽹的传输节点由浮标系统、系泊系统和⽔声通讯系统组成（如图1所⽰）。
某型传输节点的浮标系统可简化为底⾯直径2m、⾼2m的圆柱体，浮标的质量为1000kg。
系泊系统由钢管、钢桶、重物球、电焊锚链和特制的抗拖移锚组成。
锚的质量为600kg，锚链选⽤⽆档普通链环，近浅海观测⽹的常⽤型号及其参数在附表中列出。
系泊系统的设计
系泊系统的设计作者：范仟仟宁静丁世萌来源：《数码设计》2019年第11期摘要：在系泊系统的设计问题中，首先明确锚链的两种状态，一种是拖地，一种是悬于水中。
故通过受力分析以及结合悬链线长度公式和各个角度的三角函数值，解方程求得临界速度v。
进而将题中的两个速度与临界速度进行比较判断锚链状态。
v固定时求解，不同的是此时式中未知量为吃水深度H，之后同样借助钢桶与重物球连接点坐标代入的方法，求得所需。
过程中已经建立关于各个角度的三角函数的v（或H）表达式，求出v（或H）利用反三角函数得出倾斜角度，锚链形状将求出的v（或H）代入悬链线曲线方程即可、游动区域即为锚链末端到浮标中心的横坐标之差，可用各个角度的三角函数求得。
关键词：悬链线方程;系泊系统设计;三角函数中图分类号TP311.52 文献标识码：A 文章编号：1672-9129（2019）11-0037-02Abstract： in the design of mooring system， two states of anchor chain are firstly defined，one is dragging the ground， the other is hanging in the water. Therefore， by force analysis and combining catenary length formula and trigonometric function value of each Angle， the equation was solved to obtain the critical velocity v. Then the two velocities in the question are compared with the critical velocity to judge the anchor chain state. When v is fixed， the unknown quantity in the equation is the draft depth H. After that， the required quantity can be obtained by substituting in the coordinates of the connection point between the steel bucket and the heavy ball. Process has been established on every Angle of the triangle function of v （H） or expression， and v （H） or using the inverse trigonometric function Angle， the chain will be out of shape v （H） or into the catenary curve equation can swim， area is the abscissa to buoy center at the end of the chain， the difference between the available every Angle of the triangle function is obtained.Key words： catenary equation; Mooring system design; Trigonometric functions近淺海观测网的传输节点由浮标、系泊和水声通讯三个系统组成。
系泊系统的设计
系泊系统的设计引言系统设计是软件开发中的重要环节，它涉及到对系统的整体架构、模块划分以及数据流向等进行详细规划。
本文将对一个系泊系统的设计进行介绍，包括系统的功能、设计原则以及关键模块的实现细节。
系泊系统的功能系泊系统是用于管理船只的停靠与起锚过程的系统。
其主要功能包括：1.记录船只的进港与启航时间：系统能够记录船只进港与启航的时间，方便管理者了解各个船只的停靠情况。
2.船只管理：系统能够对不同船只进行管理，包括船只的基本信息、停靠记录等。
3.系泊位管理：系统能够管理系泊位的使用情况，包括空闲状态、船只类型限制等。
4.船只调度：系统能够根据船只的进港与启航时间，进行船只的调度，确保系泊位的充分利用。
设计原则在进行系泊系统的设计时，需要遵循以下原则：1.模块化设计：系统应该进行模块化设计，将不同的功能拆分为独立的模块，提高系统的可维护性与可扩展性。
2.数据一致性：系统中的数据应该保持一致性，在进行船只调度等操作时，需要保证系泊位的状态与船只的状态一致。
3.异常处理：系统应该能够处理各种异常情况，如船只进港时间冲突、系泊位已满等情况，给出合理的提示与处理方案。
系泊系统的设计实现数据模型设计在设计系泊系统时，首先需要确定系统的数据模型。
以下是一个简化的数据模型示例：数据模型示例数据模型示例1.船只(Ship)表记录了船只基本信息，包括船只的名称、类型等。
2.系泊位(Berth)表记录了系泊位的基本信息，包括编号、状态等。
3.停靠记录(DockingRecord)表记录了船只的进港与启航时间，以及相关联的船只与系泊位信息。
系统架构设计系泊系统的整体架构可以分为以下几个模块：1.前端界面：负责与用户进行交互，展示船只与系泊位信息并提供相应的操作界面。
2.业务逻辑层：负责处理用户请求，进行船只调度、系泊位管理等操作。
3.数据访问层：负责与数据库进行数据的读写操作。
4.数据库：存储系统的数据。
系泊系统的关键模块实现细节1.船只进港与启航时间记录：当船只进港或启航时，系统会记录相应的时间并更新相关信息。
系泊系统
可解脱式内转塔系泊系统
2.2 外转塔式系泊系统 ➢转塔位于船体的外部，减少了对船体的必需的维修； ➢允许在码头沿岸安装转塔，而内转塔式系泊系统只能在干 坞中安装； ➢外转塔式系泊系统限制了立管的数量； ➢多用于浅水海域。
以安装少量的立管系统，施工与安装快捷而经济，而且适于改 装的油轮。实践证明CALM的可靠性较高。
2.5 单锚腿系泊系统（SALM）
➢ 是较早使用的一种系泊方式。浮筒只由一根系泊线系于海底基 础，浮筒与油轮之间通过钢性臂连接。 ➢ 组成：浮筒，存储系统，系泊链（刚性链或管状柱体），柔性 管，基础部分 （压载舱或堆积物）。 ➢ 可以适应于各种天气条件和很大范围内的水深，施工与安装快 捷而经济，适于改装的油轮。 ➢ 只能安装1根立管，实践证明SALM的可靠性也较高。
FPSO的横向位移，固定FPSO的方向。 ➢优点：简单，经济，适合于改造的旧油轮。 ➢缺点：FPSO方向固定，横向受风浪流力巨大，系泊线的尺度 会相应增大。 ➢FPSO多点系泊系统多适用于设计海况较低的区域（西非）， 或风浪流方向单一的区域。
2．单Байду номын сангаас系泊
大部分FPSO的系泊系统属于单点系泊。 ➢ 特点：容许FPSO绕单点自由转动，有效地减少风浪流的
作用力，系泊线的尺度也相应地减小。 ➢ 优点：操作方便、安全、可操作率高。 ➢ 缺点：制造成本高，技术复杂。 ➢ 功能：定位系泊功能；液体输送及电力、光控传输功能；
在特定的条件下可以实施现场解脱，以保证FPSO及 人命财产的安全。
2.1 内转塔式系泊系统 ➢ 常用于中等水深及深水海域的平台，如北海海域； ➢主要组成部分： 转塔及其套筒; 液体传输系统; 转盘; 海底锚； ➢ 内转塔系泊装置一般设在船艏； ➢ 优点：转塔直径可以设计得很大，为布置设备和管汇提供足够
单点系泊系统
单点系泊系统系泊锚：海底系泊锚可采用吸力锚、大抓力锚、桩锚等形式。
系泊退：采用悬链线的系泊方式，以FPSO为中心呈放射状布置，由锚链、缆绳、配重块等部件构成。
水下基盘：只设置1套水下基盘，用于海管与柔性立管的连接。
旋转轴承：与FPSO连接的旋转轴承必须能使FPSO进行360度的自由旋转。
旋转接头：预留未来周边油田并入增加设备的空间。
光钎滑环、公用滑环。
2、查找并学习相关的单点系泊系统关键技术探讨。
单点系泊系统悬链腿系泊系统（CALM）：依靠悬链效应来产生恢复力；单锚腿系泊系统（SALM）：依靠浮筒的净浮力来产生恢复力；内转塔系泊系统（STP）：CALM系统的不同类型；固定塔式系泊系统（FTM）：依靠缆索的弹性来产生恢复力；软刚臂系泊系统（SYM）：依靠重力势能来产生恢复力；悬链腿系泊系统（CALM）：如下图所示。
它使用一个大直径（约10~17m）的圆柱形浮筒作为主体，以4条以上的长垂曲线锚链固定在海底基座上。
浮筒上部是一个装有轴承可旋转360度的转台。
中心部位的流体旋转头，下面连接着水下软管和海底输油管汇，上面连接着漂浮软管并通向油轮。
油轮是用缆绳系泊在浮筒转台的桩柱上。
CALM主要优点是结构简单、便于制造和安装；它的组成部件除旋转头和软管之外，都是常规产品，设计、制造、安装简便、造价低廉。
缺点是要求海底地貌平坦，浮筒的漂移、升沉随环境条件的恶劣而增长，这将使水下软管过度挠曲而易于损坏。
在持续摇荡期间，工作艇难于靠近，给维修保养工作带来不便。
271272 单锚腿系泊系统（SALM）可以分为带立管和不带立管两种形式，带立管SALM既适用于浅水区，又适用于深水区，如果用于深水区，则锚链下端需连接一段内有输油管的立管，立管上头与锚链铰接，下头铰接在海底基座上。
立管可在任意方向摆动。
流体旋转头安装在立管顶部。
流体旋转头以上的所有部件都可以转动。
不带立管SALM有一个细长的圆柱形浮筒，通常直径约为6~7m，高度约为15m。
系泊系统动力分析
系泊系统动力分析一、本文概述系泊系统，作为海洋工程中的重要组成部分，承担着固定海上设施、保障其安全运行的关键任务。
随着海洋资源的日益开发，系泊系统的设计和运行面临着越来越复杂的挑战。
本文旨在通过深入的动力分析，探讨系泊系统在各种环境因素作用下的动态行为，从而为系泊系统的优化设计和安全运行提供理论支持和实践指导。
本文首先对系泊系统的基本构成和工作原理进行介绍，阐述系泊系统动力分析的重要性和必要性。
随后，本文将详细介绍系泊系统动力分析的基本理论和方法，包括动力学建模、数值计算、模型验证等方面的内容。
在此基础上，本文将通过对实际案例的分析，探讨系泊系统在风浪、海流等环境因素作用下的动态响应特性，分析影响系泊系统安全性的关键因素。
本文还将对系泊系统的优化设计和运行管理进行探讨，提出改进建议和优化措施。
通过本文的研究，不仅可以加深对系泊系统动力特性的理解，还可以为系泊系统的设计和运行提供科学的依据和有效的指导，推动海洋工程领域的技术进步和发展。
二、系泊系统基础知识系泊系统，也被称为锚泊系统，是一种海洋工程技术，主要应用在船舶、浮式平台和其他海洋结构物的定位和固定上。
其主要目的是在各种环境条件下，如风浪、潮流、地震等，保证结构物的安全位置，防止其发生漂移或碰撞。
系泊系统的设计和优化是确保海上作业顺利进行的关键因素。
系泊系统主要由锚链、锚链筒、锚链轮、锚链管、止链器、锚链张力计、锚链舱、锚、锚链导览孔等组成。
其中，锚是系泊系统的主要部分，通常由钢铁制成，形状和重量因应用环境和需求而异。
锚链则是连接锚和船舶或海洋结构物的关键部件，需要承受巨大的拉力和摩擦力。
系泊系统的设计和选择需要考虑多种因素，包括海洋环境、结构物的重量和尺寸、预期的工作条件等。
系泊系统的动态特性，如其在风浪中的响应，也是设计过程中需要重点考虑的问题。
通过合理的设计和优化，可以使得系泊系统在保证结构物安全定位的同时，最大限度地减少对周围环境和生态系统的影响。
系泊系统设计
精心整理2016高教社杯全国大学生数学建模竞赛承诺书我们仔细阅读了中国大学生数学建模竞赛的竞赛规则.我们完全明白，在竞赛开始后参赛队员不能以任何方式（包括电话、电子邮件、网上咨询等）与队外的任何人（包括指导教师）研究、讨论与赛题有关的问题。
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针对问题一，本文首先对系泊系统各部分进行受力分析，得到了各部分关于受力平衡和力矩平衡的表达式，初步建立了系泊系统的力学模型，但是由于力学方程组的个数多且复杂，难以直接求解出答案，因此本文运用搜索算法对方程进行简化得到了问题一的结果，在风速为12m/s时浮标的吃水深度为0.735m，游动区域半径为14.184m，钢桶的倾斜程度为1.008°，钢管一到四的倾斜角度分别为0.977°，0.983°，0.988°以及0.994°，在风速为24m/s时浮标的吃水深度为0.751m，游动区域半径为16.919m，钢桶的倾斜程度为3.825°，钢管一到四的倾斜角度分别为3.712°，3.733°，3.755°以及3.776°。
系泊系统设计
FW
i
( xi , yi )
B
Fl
五、模型的建立与求解
5.1 问题一模型建立与求解 5.1.1 静力学模型的建立 首先建立单点系泊系统的动力学模型， 需要对实际的系泊系统物理条件做简 化。为了能够进行推导系统的静力学模型，建立直角坐标系。
4
5.1.1.1 坐标系 为了整个系统的运动响应能在同一坐标系下进行描述，避开坐标的转换，本 文定义了 X , Y 两个坐标轴的方向，其中 Y 方向为竖直向上，使之与物理意义上的 重力方向相反，如图 1 所示。
Y
X
图 1 系泊系统动力学坐标系 5.1.1.2 受力分析 系泊系统在水中工作或实施布放时，浮标、钢管、钢桶、锚链以及锚受到的 力始终保持平衡，即合力为零。对浮标、钢管、钢桶和锚链受力分析，列出内部 设备间的作用力关系式。 1.对浮标受力分析 作用在浮标上的力有，钢管的拉力、水面的流动力、重力、浮力和风的流动 力。其中，当水面静止时，水面流动力为零，此处我们考虑静泊系统，所以浮标 受力如图 2 所示。
图 2 浮标受力分析示意图 图中，1 即表示第一根钢管在竖直方向的倾斜角，T1 表示浮标受到钢管的拉
5
力， B 表示浮标所受到浮力和重力的合力， Fw 表示受到的风力。 因为是平衡的，所以浮标在水平和竖直方向的合力均为零，即有：
FW T1 sin 1 B T1 cos 1
其中， hi 表示第 i 段环（或者钢管）或者钢桶的长度。 5.1'' d T1 =T1 cos 1 hg m浮标 g 2 ' 2 T1 T1 s in1 =0.625(1- )hdv
图 4 钢桶受力分析示意图 图中，B6 表示浮力，T5 表示前钢管对钢桶的拉力，T6 表示下锚链对钢桶的拉 力，5， 6 分别表示第 4 根钢管和钢桶在竖直方向的倾斜角, G6 表示重力，G 球 表 示重物球的重力。 因为是平衡的，所以浮标在水平和竖直方向的合力均为零，即有
系泊系统的设计
其中，h 是浮标的吃水深度，v 是风速。 第二步：再对锚单独受力分析(图 2)： 水平方向： T cos θ1 = f 摩 ； 竖直方向： F锚浮 + T sin θ1 + F支 = G锚 ； 由受力分析得出两个方程： T 1.25 ( 2 − h ) v 2 cos θ1 = ② 2 G锚 F锚浮 + 1.25 ( 2 − h ) v tan (θ1 ) + F支 = 其中， F锚浮 是锚所受到的浮力，T 是锚所受锚链的拉力， G锚 是锚所受到的重力， f 摩 是锚受到海床对它 的摩擦力， F支 是锚受到地面的支持力。 第三步：锚以外的系统作总的受力分析(图 3)： 水平方向： T cos θ1 = F风 ；
2. 计算模型
问题一中，我们构造了 θ1 − F ( h ) 模型帮助计算吃水深度与各节钢管之间的倾斜角度。此处引用参考 文献[1] [2] [3]。 该模型是由以下三个受力分析部分综合而来： 第一步：首先对该系泊系统整体进行受力分析(图1)： 水平方向： F风 = f 摩 ； 竖直方向： F支 + F浮 = G总 ； 其中， F支 是海床对锚的支持力， F浮 为系泊系统中所有物体受到的浮力， F风 为浮标上半部分所受到 的风力， f 摩 为锚受到海床的摩擦力。
“系泊系统”资料文集
“系泊系统”资料文集目录一、浅海新型FPSOIQFP多点系泊系统设计研究二、深水定位系泊系统仿真实验研究三、浮式结构物系泊系统时域非线性耦合分析四、FPSO悬式锚腿系泊系统的锚系设计研究五、深海系泊系统模型截断技术研究六、船舶系泊系统的建模仿真与应用研究浅海新型FPSOIQFP多点系泊系统设计研究浅海新型FPSO IQFP多点系泊系统设计研究随着海洋石油工业的不断发展，浮式生产储油轮（FPSO）已成为海洋油气开发的重要设施。
而多点系泊系统作为FPSO的关键组成部分，对于确保其稳定性和安全性具有重要意义。
近年来，一种新型的IQFP 多点系泊系统在浅海FPSO中得到了广泛应用。
本文将对这种新型系统的设计进行深入探讨。
IQFP，即“智能、快速、灵活、可配置”多点系泊系统，是一种新型的系泊技术。
它通过先进的智能化设计和快速的响应特性，实现了对FPSO的精确控制和稳定定位。
与传统多点系泊系统相比，IQFP具有更高的定位精度、更强的抗风浪能力以及更低的能耗。
锚泊定位是多点系泊系统的核心部分。
在IQFP系统中，采用了一种新型的锚型设计，通过优化锚的结构和材料，提高了锚的抓地力和耐久性。
通过先进的定位算法，系统能够实现自动锚泊定位，大大提高了定位精度和效率。
动态分析是多点系泊系统设计的关键环节。
在IQFP系统中，通过建立精确的数学模型，对系统的动态特性进行了深入分析。
同时，利用数值模拟和实验验证相结合的方法，对系统的稳定性、安全性和可靠性进行了全面评估。
控制系统是实现IQFP多点系泊系统智能化和自动化的关键。
在设计中，采用了先进的传感器技术和智能算法，实现了对FPSO的实时监测和精确控制。
同时，通过与船舶自动控制系统（Automatic Dynamic Positioning System）的集成，实现了对FPSO的全面自动化管理。
随着海洋油气开发的不断深入和技术的不断进步，IQFP多点系泊系统在浅海FPSO中的应用前景十分广阔。
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四、其他
常用规范：
1. API RP 2SK-Design and Analysis of Stationkeeping Systems for Floating Structures 2. API RP 2SM-Recommended Practice for Design, Manufacture, Installation, and Maintenance of Synthetic Fiber Ropes for offshore Mooring 3. DNV Offshore Standard E301-Position Mooring 4. ABS Guide For Building and Classing Floating Production Installation 5. NI493-Classification of Mooring Systems for Permanent Offshore Units 6. GLND 0032-Guidelines for Moorings
根据求解范围的不同，可分为耦合分析与非耦合分析。
三、系泊系统分析方法
静力法，准静（动）力法，动力法
所谓静力是指不随时间变化的力，反映在系泊系统上，是指环境载荷 中的定常部分。 系泊系统的动力包括两方面来源： 1. 上浮体，包括水动力，波动风等 浮体振荡运动及水平漂移
2. 系泊系统，包括缆绳上的附加质量与阻尼，缆绳与海底的碰撞与摩 擦，系泊系统上配重与浮筒振荡运动 学与动力学状态，对上浮体也会造成影响。 改变系泊系统的运动
三、系泊系统分析方法
静力法，准静力法，动力法
静力法：计算浮体所受的平均载荷，根据悬链线方程或系泊系统受力-位移曲线将载 荷在系泊系统间进行分配。 准静力法：考虑上部浮体的定常和慢漂运动，忽略系泊系统本身的动态效应，忽略 浮体波频运动队系泊系统影响，根据悬链线方程或系泊系统受力-位移曲线将载荷在 系泊系统间进行分配。
4. 材料非线性 5. 接触问题：系泊锚链与海底的接触，fender的作用等
三、系泊系统分析方法
频域分析与时域分析
从数学上讲，频域分析与时域分析的区别在于方程中的变量是频率还是时间。 频域分析的本质是线性叠加原理，因此只能考虑线性或弱非线性的因素，系统 的非线性特性在频域中要进行线性化处理。频域计算结果通过谱分析后可得到
Full Load Ballast
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Excursion(m)
三、系泊系统分析方法
系泊系统非线性的主要来源：
1. 几何刚度：系泊系统的回复力-位移变化具有非线性效应 2. 水动力载荷：小尺度结构物受力的morison公式的二次拖曳力项
3. 三维空间的较大的旋转变形：结构物发生两个方向弯曲时的刚度
系泊系统设计简介
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杨小龙 2014.6
提纲
一、系泊系统作用与分类 二、系泊系统组成 三、系泊系统分析方法
四、其他
本讲义图片多来源于网络
一、系泊系统作用于分类
（一）系泊系统定义和作用（stationkeeping or positioning）
通过缆绳或其他机械装置将水面结构实施与固定点连接，使被系泊结构物具有抵御一定 环境条件的能力，保证设计环境下的作业需求，遭遇极端海况时，能够保证结构物 和系 泊系统本身安全。
三、系泊系统分析方法
准静力法，动力法
三、系泊系统分析方法
非耦合分析与耦合分析
在深水中，平台、系泊系统和立管相互作用明显，评估动力相互作用的方法有两种： 1. 非耦合或传统的准静态分析，假设系泊系统和立管静态地影响平台的运动，仅 提供回复力刚度； 2. 耦合分析，将平台，系泊系统和立管作为一个整体，评估其相互作用，平台运 动分析中考虑系泊系统的阻尼和惯性效应；
两者的主要区别在于求解方程（组）的维数，耦合分析协同考虑船体与系泊系统的
相互作用
三、系泊系统分析方法
非耦合分析与耦合分析
三、系泊系统分析方法
非耦合分析流程图
三、系泊系统分析方法
耦合分析流程图
三、系泊系统分析方法
线性与非线性
非线性是指自变量与因变量的关系不是直线，而是曲线，曲面或不确定的属性。 所谓线性，是指变量之间的数学关系是直线的属性。从数学意义上讲，是指方 程的解满足线性叠加原理，即方程任意两个解的线性叠加，仍然是方程的一个
பைடு நூலகம்设计内容：
系泊系统设计主要包括：
1. 系泊系统的布置与选型 2. 强度分析
3. 疲劳分析
4. 间隙与干涉校核 5. 锚
三、系泊系统分析方法
容易混淆的定义：
在数值分析中，
根据平衡特性的不同可分为静力法，准静力法和动力法。 根据数值方法的不同，可分为有限元法和有限差分法。
根据运动特性的不同，可以分为频域法和时域法。
应用更为普遍。
四、其他
公司现有的分析软件：
海工目前的系泊分析软件包括Moses，Orcaflex，Sesam-DeepC。 Moses可以进行水动力计算及系泊耦合分析计算，但海工未购买耦合分析计算模块， 目前的采用准静态分析的方法。 Orcaflex不具备水动力计算功能，需要外部导入。Orcaflex进行系泊分析采用耦合 分析方法，缆绳或立管上的动态效应采用有限质量法。 Sesam软件中的HydroD可以为DeepC的时域耦合分析提供上浮体水动力输入，动 态计算采用有限元法。
四、其他
系泊系统适用的水深范围：
1. <500m，可选用全锚链的悬链线系泊 2. 500—1500m，全锚链的系泊系统已经不经济，可选用chain-wire-chain的悬链 线系泊或合成纤维缆绳 3. >1500m，一般选用张紧式或半张紧式的合成纤维缆绳 4. 动力定位系统理论上可以适用于任何水深 随着海洋油气开发向深海发展，悬链线式系泊系统总重量增加，动力效应显著，深 水浮式平台甲板可变载荷的需要和设计浮力的限制使深水聚酯缆张紧式系泊系统的
谢谢！
动力法：考虑上部浮体的动力效应，也考虑缆绳上的动态效应。
三、系泊系统分析方法
静力法，准静力法，动力法
静力法适用于环境条件温和，系泊形式简单，水深较浅的系泊系统选型/初步设
计。随着系泊系统的复杂化，系泊结构物的大型化，油气开发的深水化以及计 算软件和工具的飞速发展现已基本弃用。 准静力法：计算速度快，可满足大部分工程设计需要，但忽略了缆绳上的惯性 力和拖曳力的影响。 动力法：广泛应用于深水或超深水系泊系统设计。
一、系泊系统分类
（一）典型分类依据-分类形式千差万别
按结构形式：
• 多点系泊系统 ，单点系泊系统，动力定位系统，多种定位系统组合等 按回复力作用形式（软硬程度）：
•
悬链线，张紧式系泊，半张紧式系泊，tendon，compliant tower，jacket等
按缆绳组成成分：
•
纯锚链，纯锚缆，锚链+锚缆，高分子聚合材料，锚链+高分子等
解。
线性关系本质上说是指互不想干的相互关系，而非线性则是相互作用，这是这 种作用，使得整体不在是简单滴全部等于部分之和，而可能出现不同于“线性 叠加”的增益或亏损。
Restoring Force(t)
1800 1700 1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0 1
关心的特种统计量。
时域分析可以完整的考虑系统的非线性特性，真实反映系统实际状态，在同一 时刻求解系统平衡方程，并计及系统的前一时刻对当前的影响（或当前时刻对 后一时刻的影响），求得的结果是变量的完整时间历程。
三、系泊系统分析方法
傅里叶变换
以时间为参照来观察动态世界的方法我们称之为时域分析。但如果换一个角度， 从频域的角度来看，世界又是“永恒不变”的，这个静止的世界就叫做频域。 通过傅里叶变换和逆变换，可以实现频域与时域的相互转换。
二、典型系泊系统组成
典型的系泊系统组成可分为上浮体固定端，导向装置，系泊主体，海底固定端 组成。 经过多年的发展，系泊系统的每个组成部分都衍生除了N多变种。 动力定位系统
三、系泊系统分析方法
设计目的：
系泊系统的设计和复核是指在标准和规范的指导下，保证系泊系统的 选型设计满足工程功能需求，同时考虑经济性及后期维保便易性。