设计波法在张力腿平台设计中的运用
张力腿平台波浪载荷计算
２ 柱 群 绕 射 波 浪 载 荷 计 算 的 理 论 依 据
假 定 波浪 场 中流体 为 不 可压 、 无粘 性 、 匀 的理 想流 体 ， 均 并认 为 波 浪场 中运 动 处 处无 旋 最 有 势 。 ｉ 张力
收 稿 日期 ： ０ １ １ — ３ ２ ０ — １２
一 一
波 浪对 结 构 的绕 射 作用 和对结 构 的辐 射 作用 。 射 作用 是指 波 浪 向前传 播 遇 到结 构 物后 ， 结构 的 绕 在
表 面将 产 生一 个 向外 散 射 的 波 ， 射 波与 散 射波 的叠 加 达 到稳 态时 将形 成 一个 新 的 波动 场 ， 入 在这 样 的波
不 同参 数 组 合 下 的 绕 射 波 浪 载 荷 的 解 析 解 。
关键词 ： 力腿 平 台； 浪绕射 ； 张 波 速度 势 ； 动 力相 互 作 用 水
中 图 分 类 号 ： ７ ２ Ｕ６ ４ Ｐ ５ ， ７
文献标识 码 ： Ａ
１ 引 言
随着 人类 石油勘 探 逐 渐 向深 水领 域扩 展 ， 现 出一 些新 型 的适 应 深海 海洋 环 境 的平 台 ， 中张 力腿 涌 其
维普资讯 http://www.c ・６・ 胡志敏 等 ； 张力 腿 平 台 波 浪 载 荷 计 算
２０ ０ ２年 ６ 月
文章 编 号 ：０ １ ４ ０ （０ ２ Ｏ — ０ ０ —０ １ ０ — ５ ０ ２ ０ ）３ ０６ ６
张 力 腿 平 台 波 浪 载 荷 计算
胡 志敏 董 艳 秋 张建 民 ， ，
动 场 中结 构所 受 到 的载 荷作 用 称 为波 浪 的绕 射作 用 。波 浪 的辐 射效 应 是指 以一定 模 态小 振 幅振 荡运 动
世界上第一座张力腿平台
世界上第一座张力腿平台：Hutton TLPHUTTON TLP - ARDERSIER YARD1984年8月，在近30年的理论和实验研究的基础上，世界上第一座实用化张力腿平台由Conoco公司在北海Hutton油田157m水深处建成投产。
Hutton TLP是一座中等水深油气钻探、生产的综合性平台。
它的平台本体由6根立柱和4个浮筒组成，由16根垂直系于海底基础基座的张力筋腱将平台本体固定。
每根张力筋腱是由厚壁钢管组成的。
16根张力筋腱共分为4组，也就是4条张力腿。
平台每根角柱都对应一条张力腿。
张力腿上端穿过角柱在水平面之上和甲板相铆固，下端与海底地基基础相连，通过平台本体的浮力保持张拉的受力状态。
Hutton TLP所处海底地基为中等强度黏土，因此选择了4个相互独立的重力式基础。
这种基础在通常的土质下计算简单，设计可靠。
Hutton TLP float out其实，在中等水深条件下，钢导管架平台是较经济的石油平台类型。
当时选择张力腿平台形式的一个重要目的是希望在中等海况下获得关于张力腿平台运动性能的一些实测数据，为以后张力腿平台在深海域的广泛设计应用提供科学依据。
从这种意义上来说，Hutton TLP也是一座实验平台。
在Hutton TLP建成投产后，取得了良好的经济效益，建立了业界将张力腿平台投入生产领域的信心，而且，各国学者围绕其进行了广泛而卓有成效的研究工作，为后来建造其他张力腿平台打下了坚实的基础。
A workboat at anchor, with the Hull of the Hutton TLP catching the last rays of the spring sun.Hutton TLP LegsHutton TLP Legs第一代张力腿平台总述第一代张力腿平台，即传统类型的张力腿平台，应用时间长、分布范围广、平台数量多、设计理论成熟，在张力腿平台发展的历史中占有很重要的地位。
张力腿安装及在位状态受力分析与强度评估
张力腿安装及在位状态受力分析与强度评估王世圣;谢彬【摘要】张力腿用于系泊TLP平台,为TLP系统的重要组成部分。
设计要求必须进行安装和在位分析,以保证平台的安全性。
张力腿在安装下主要承受波浪和流载荷作用,而在位状态还要受到平台偏移的影响。
为准确计算张力腿内力,建立了张力腿安装和在位状态下的有限元模型,采用时域分析的方法进行分析。
根据张力腿的实际结构,考虑了多种载荷,包括风、流、波浪、静水力和重力的影响。
对张力腿内力进行了数值计算。
计算结果给出了张力腿在不同状态下的最大内力,并依据规范对张力腿的总体强度进行评估。
【期刊名称】《海洋工程装备与技术》【年(卷),期】2018(005)005【总页数】6页(P327-332)【关键词】平台;张力腿;外载荷;内力分析;强度评估【作者】王世圣;谢彬【作者单位】[1]中海油研究总院有限公司,北京100028;[1]中海油研究总院有限公司,北京100028;【正文语种】中文【中图分类】U656.60 引言TLP是一种典型深水浮式平台，因采用一组张紧钢管系泊，所以又称为张力腿平台。
无论在安装还是在位状态下，张力腿必须始终保持受拉状态，张力腿预张力在安装时依靠浮筒产生浮力张紧，在位状态下由平台浮体的剩余浮力提供。
张力腿在安装和在位状态下，由于风、浪、流环境载荷的作用，将产生大幅度的偏移，作用在张力腿上的张力随平台偏移而增大，同时产生截面弯矩。
在TLP系统中张力腿是平台的重要组成部分，设计要求其必须满足规范要求，以保证平台在安装和在位状态下的安全性。
以南海油气田为目标完成了TLP设计。
为验证TLP张力腿的设计是否满足要求，本文采用有限元法，分析了安装和在位状态下的偏移和所承受的张力和弯矩，对影响张力腿张力的因素进行了讨论，最终依据规范API RP 2T[1]对张力腿的强度进行了评估。
1 张力腿的安装分析TLP系统主要由浮体、张力腿和立管构成。
TLP的安装过程分为两个阶段，首先是张力腿预安装，通过安装船按设计长度将张力腿安装在海底地基上，张力腿底部依靠专用连接接头与基座连接，张力腿自由站立状态靠顶部安装浮力筒提供预张力，为防止张力腿相互干涉，一般用钢缆连在一起。
张力腿平台结构主体规划设计
张力腿平台结构主体规划设计
"典型深水平台概念设计研究"课题组
【期刊名称】《中国造船》
【年(卷),期】2005(046)0z1
【摘要】本文讨论了张力腿平台结构主体规划设计方法,并以1000米水深的传统TLP平台为例,从设计水压头、应力计算、梁格选取等方面,介绍了确定TLP平台主结构尺寸的方法,设计出合理的平台结构形式,最后阐述结构主体规划设计的重要意义.
【总页数】6页(P464-469)
【作者】"典型深水平台概念设计研究"课题组
【作者单位】海洋石油工程股份有限公司,天津,300452
【正文语种】中文
【中图分类】U6
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VIM、VIV对TLP张力腿张力的影响分析
V I M 、V I V 对T L P 张力腿张力的影响分析①呼文佳,王世圣,赵晶瑞(中海油研究总院有限责任公司工程研究设计院,北京 100028)摘要 针对多因素影响下的T L P 系泊安全问题,以传统式T L P 为对象,建立了数值分析模型,进行了时域耦合分析,获得了在正常作业㊁极端和自存条件下,以及考虑高㊁低潮位和其他因素影响下的计算结果㊂计算结果表明,张力腿最大张力和最小张力满足设计要求㊂在此基础上研究了T L P 浮体涡激运动㊁张力腿涡激振动对张力腿张力的影响㊂分析结果表明,浮体涡激运动对位于垂直于环境载荷方向的张力腿的张力影响较大,张力腿涡激振动对其张力的影响可以忽略㊂本文的计算结果和分析方法可为T L P 工程设计提供参考㊂关键词 T L P ;张力腿张力;高低潮位;时域耦合;V I M ;V I V中图分类号:P 75,U 661.32 文献标识码:A 文章编号:2095-7297(2022)04-0027-07d o i :10.12087/oe e t .2095-7297.2022.04.05A n a l ys i s o f I n f l u e n c e o f V I M a n d V I V o n T e n s i o n o f T L P T e n s i o n L e gH U W e n j i a ,WA N G S h i s h e n g ,Z H A N G J i n gr u i (E n g i n e e r i n g R e s e a r c h a n d D e s i g n I n s t i t u t e ,C h i n a N a t i o n a l O f f s h o r e O i l C o r po r a t i o n R e s e a r c h I n s t i t u t e C o .,L t d .,B e i j i n g 100028,C h i n a )A b s t r a c t A i m e d a t T L P m o o r i n g s e c u r i t y u n d e r t h e i n f l u e n c e o f m u l t i p l e f a c t o r s ,a n d t a k i n gt h e t r a d i t i o n a l T L P a s t h e o b j e c t ,a T L P n u m e r i c a l a n a l y s i s m o d e l i s e s t a b l i s h e d ,a n d t h e t i m e -d o m a i n c o u p l i n g a n a l ys i s o f T L P i s c o m p l e t e d .T h e c a l c u l a t i o n r e s u l t s u n d e r n o r m a l o pe r a t i o n ,e x t r e m e ,a n d s u r v i v a l c o n d i t i o n s ,a s w e l l a s t h o s e c o n s i d e r i n g t h e i nf l u e n c e o f h igh a n d l o w ti d e l e v e l s a n d o t h e r f a c t o r s a r e o b t a i n e d b y t i m e d o m a i n c o u p l i n g a n a l y s i s .T h e c a l c u l a t i o n r e s u l t s s h o w t h a t t h e m a x i m u m a n d t h e m i n i m u m t e n s i o n m e e t t h e d e s i g n r e qu i r e m e n t s ,b a s e d o n w h i c h ,t h e e f f e c t s o f V I M a n d V I V o n t h e t e n s i o n o f t h e t e n s i o n l e g ar e s t u d i e d .T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e v o r t e x i n d u c e d m o t i o n h a s a g r e a t i n f l u e n c e o n t h e t e n s i o n o f t e n s i o n l e g s p e r pe n d i c u l a r t o t h e e n v i r o n m e n t a l l o a d ,a n d t h e i m p a c t of V I V o n t h e t e n s i o n o f t h e t e n s i o n l eg c a n b e i g n o r e d .Th e c a l c u l a ti o n r e s u l t s a n d a n a l ys i s m e t h o d s p r o p o s e d i n t h i s p a p e r c a n p r o v i d e r e f e r e n c e f o r e n g i n e e r i n g d e s i gn .K e y wo r d s T L P ;t e n s i o n l e g t e n s i o n ;h i g h a n d l o w t i d e l e v e l ;t i m e d o m a i n c o u p l i n g ;V I M ;V I V 0 引 言传统式浮式平台,如张力腿平台(T L P )㊁单柱式平台(S p a r )和半潜式平台,由于有良好的运动性能,已应用于海上油气生产㊂随着风电技术在海上的应用推广,传统式浮式平台已成为海上风电系统的基础平台[1~3]㊂张力腿平台采用一组张紧的钢管张力腿系泊㊂张力腿是张力腿平台系统的关键构件㊂在位期间承受多种环境载荷作用,设计要求最大张力不能超过强度极限,最小张力不能导致底部连接的意外解脱[4]㊂对于正常作业条件,所有张力腿的最小张力应为正值㊂为满足设计要求,保证张力腿平台系泊安全,张力腿的受力分析需要考虑多种因素的影响,如潮位变化㊁海平面升高(根①基金项目: 十三五 国家科技重大专项课题 深水平台工程技术 (2016Z X 05028-002)作者简介:呼文佳(1994 ),女,工程师,主要从事海洋工程结构设计与数值分析㊂第9卷 第4期2022年12月海洋工程装备与技术O C E A N E N G I N E E R I N G E Q U I P M E N T A N D T E C H N O L O G YV o l .9,N o .4D e c .,2022㊃28㊃海洋工程装备与技术第9卷据需要)㊁地基下沉(根据需要)引起的张力变化,以及平台浮体涡激运动(V I M)㊁张力腿涡激振动(V I V)引起的张力变化㊂目前在工程设计中,关于张力腿张力计算仅考虑极端条件的张力腿平台的运动性能分析,采用全耦合分析的方法获得张力腿张力,较少考虑V I M㊁V I V等其他因素的影响[5~7]㊂安筱婷等[8]采用流体动力学(C F D)方法对一处于中等水深下的风机基础水下T L P的运动响应进行了数值模拟与研究㊂C F D模拟结果与已有全耦合时域分析结果进行对比,验证了一致性㊂在考虑非线性波浪载荷的情况下,研究极端海况下与一般作业海况下T L P的运动响应情况,结果表明T L P在中等水深中具有良好的运动性能㊂关于T L P涡激运动研究主要采用数值模拟和拖曳水池试验相结合的方法,获取T L P涡激运动幅值随流速变化的规律以及锁频区间㊂田辰玲等[9]采用拖曳水池试验的方法开展了张力腿平台涡激运动响应研究,获得了张力腿平台在均匀流作用下涡激运动响应规律㊂研究表明在0ʎ流向角下张力腿平台的横向运动响应最显著,其最大幅值为0.32D(D为立柱直径)㊂根据目前调研,关于平台涡激运动和张力腿涡激振动对张力腿张力影响的研究文献较少㊂在工程设计中,忽略涡激运动㊁涡激振动对张力腿张力的影响,可导致张力计算结果与实际情况出现较大差异㊂本文依据T L P拖曳水池的试验结果,研究涡激运动对张力腿张力的影响㊂本文采用时域耦合分析方法,考虑多种影响因素以及多种组合工况进行了张力腿张力计算,并基于时域耦合分析结果叠加V I M㊁V I V进行了计算,利用获得的计算结果对张力腿平台的系泊安全进行了评估㊂1计算模型T L P平台采用8根张力腿系泊,分成4组,分别布置在4个立柱的外侧底部㊂单根张力腿由顶部连接部件㊁主体部分和底部连接部件组成㊂T L P主尺度参数如表1所示,张力腿分布及总体坐标系如图1所示㊂表1T L P主尺度参数T a b.1P a r a m e t e r s o f p r i n c i p l e s c a l e o f T L P参数单位数值立柱直径m19.50立柱中心到中心距离m59.00(续表)参数单位数值立柱高度m56.50浮箱宽度m8.50浮箱高度m8.50设计平均吃水m31.0设计排水量t50,130甲板底部离基线高度m59.5图1张力腿分布及总体坐标系F i g.1 T e n s i o n l e g d i s t r i b u t i o n a n do v e r a l l c o o r d i n a t e s y s t e mT L P张力腿受力分析一般采用时域耦合分析方法[4~6]㊂时域分析是对一系列作用在模型上的随机波浪的分析,系统在静态力㊁波频力㊁低频力下的运动响应方程直接在时域里求解㊂对于特定的一段时间,在给定的时间间隔下计算其响应㊂时域分析可以完整考虑系统的非线性特性,真实反映系统实际状态,在t+Δt时刻求解系统平衡方程,并计及系统t时刻对当前的影响,求得的结果是T L P运动响应的完整时间历程㊂耦合分析模型将平台和系泊系统㊁立管系统集成在一起,考虑各自的质量㊁附加质量㊁黏性㊁潜在摩擦效应的影响等㊂这样,完全考虑了平台㊁系泊㊁立管的相互作用和影响㊂T L P耦合分析模型如图2所示㊂以安装在南海海域的T L P为研究对象,则时域耦合分析的环境工况包括作业工况(1年一遇)㊁极限工况(100年一遇)和自存工况(1000年一遇), T L P安装水深为404.69m㊂环境条件参数如表2㊁3所示㊂第4期呼文佳,等:V I M㊁V I V对T L P张力腿张力的影响分析㊃29㊃图2 T L P耦合分析模型F i g.2C o u p l i n g a n a l y s i s m o d e l o f T L P表2设计水位T a b.2D e s i g n w a t e r l e v e l工况(重现期)水位/m 1000年高2.40 1000年低-1.12 100年高1.86 100年低-1.09 1年高1.12 1年低-1.03表3设计风浪流参数T a b.3P a r a m e t e r s o f d e s i g n w i n d w a v e 工况波高H s/m谱峰周期T p/s形状因子γ风速/(m/s)表面流速/(m/s) 1000年浪16.5017.202.4050.902.62 1000年风16.3017.102.4053.002.57 100年浪13.6016.302.4042.102.33 100年风13.4016.102.4043.802.29 1年浪7.5013.902.4024.201.46 1年风7.4013.702.4025.201.44除了基本工况外,张力腿平台时域耦合分析还考虑了波浪谱峰周期㊁形状因子㊁重心高度,以及来流方向等参数对张力腿张力的影响㊂2时域耦合分析依据建立的T L P系统数值分析模型,进行时域耦合分析㊂分析工况考虑平台张力腿全部处于完整状态,环境工况包括作业工况㊁极限工况和自存工况及高低潮位㊂分析采用海洋工程专业软件S E S A M 的全耦合时域分析模块D e e p C,对软件输出张力腿张力时历曲线进行统计分析,可获得张力腿顶部最大张力和底部最小张力㊂考虑到桩基安装误差和平均位移量,需将计算值与余量叠加㊂表4和表5给出张力腿顶部最大张力㊁均方根值(R M S)㊁最小张力计算结果㊂表4张力腿顶部张力计算结果T a b.4C a l c u l a t i o n r e s u l t s o f t o p t e n s i o n o f t e n s i o n l e g序号环境条件潮位无环境预张力/tT1顶部静态张力/t顶部最大张力/t计算平均R M S最大值余量最大值11年浪高2172229022987826491552804 21年浪低1853197519847823481732521 3100年浪高22812710275121036933664059 4100年浪低18442325237221433684133781 51000年浪高23623002307026541324614593 61000年浪低18402569264626836865284214表5张力腿底部张力计算结果T a b.5C a l c u l a t i o n r e s u l t s o f b o t t o m t e n s i o n o f t e n s i o n l e g序号环境条件潮位底部最小张力/t计算平均R M S最小值余量最小值11年浪高20291161557-1341423 21年浪低17251151272-1491123 3100年浪高21472361171-314857(续表)序号环境条件潮位底部最小张力/t计算平均R M S最小值余量最小值4100年浪低1777231826-355471 51000年浪高2244293825-397428 61000年浪低1835289541-45586㊃30㊃海洋工程装备与技术第9卷根据表3㊁5,张力腿在作业㊁极限㊁自存工况下,处于高潮位时的最大张力依次为4593t㊁4059t㊁2804t,自存工况下的最小张力(包括设计余量)为86t㊂按照设计要求,最大张力由极限环境条件下的高潮位工况控制,最小张力由极限环境条件下的低潮位工况控制㊂根据计算结果,张力腿最大张力和最小张力均满足规范要求[10]㊂在T L P设计计算过程中,经常涉及波浪参数等选取㊂这些参数的选取又会影响到张力腿张力的计算结果㊂因此,需要进行相关参数的敏感性分析,以了解相关参数的影响㊂为简化计算,张力腿张力参数敏感性分析只针对100年一遇的浪为主,波浪作用主方向(225ʎ)㊁高潮位㊁全部立管在位的完整工况㊂分析结果见表6㊂表6张力腿张力敏感性分析结果T a b.6R e s u l t s o f t e n s i o n s e n s i t i v i t y a n a l y s i s o f t e n s i o n l e g序号敏感性参数顶部最大张力/t底部最小张力/t平均R M S最大值平均R M S最小值1基准值2751210369321472361171 2波浪T p+12749234367621472371114 3波浪T p-12754186350521472361103 4重心K G+22751210369321472361171 5重心K G-22751210369321472361171 6波浪γ=2.02751209367821472361177 7波浪γ=1.62752207366621472361184 8流向45ʎ2229259367621422591106 9流向135ʎ2198258356821102591030 10流向180ʎ2685190354321262461101 11流向270ʎ2673193354021222461108分析表明,波浪谱峰周期和形状因子对最大和最小张力影响比较小,平台重心高度在一定变化范围内对张力几乎没有影响,流向改变(与风浪不同向)对最大㊁最小张力有影响;对最小张力的影响尤为明显,在流向135ʎ,最小张力减小了142t㊂3V I M对张力影响T L P的浮体结构包括4个圆立柱和4个方型浮箱㊂流体通过圆柱会在其两侧产生交替的漩涡,而产生横向和沿流向的脉动压力,使得柱体做周期性的往复运动,这种运动称为涡激运动㊂一般横向脉动力产生的柱体横荡运动比较明显㊂如图1所示,当流沿Y 方向通过平台时,平台在X方向上振荡较为显著㊂横向上的涡激运动增加了流向上的流力面积,因而增加了流荷载㊂这相当于增加了流力(阻尼)系数C d,C d=C d0+f(A/D)(1)式中:C d为包含V I M影响的流力系数;C d0为未包含V I M影响的流力系数㊂流力系数因V I M 而增大的部分与涡激运动幅值相关f(A/D),一般通过模型试验[6]得到㊂一般情况下A/D不超过50%㊂根据时域耦合分析,V I M造成立柱部分的流荷载增加了30%,张力腿张力增大约2%㊂修正流力系数考虑了V I M对张力腿张力的影响,但没有考虑V I M的动态效应㊂实际上风㊁浪㊁流引起的平台运动与流体诱发的涡激运动同时存在,平台的运动是两者的叠加㊂因此,V I M对张力腿张力的影响主要反映在平台运动的增大导致的张力变化㊂下面分析主要集中在100年高潮位225ʎ环境载荷方向,并且假设V I M运动发生在平台最大位移处,分别采用准静态分析方法和动态分析方法研究V I M对张力的影响㊂3.1准静态分析方法T L P张力腿与悬链线形状的立管(S C R)和系泊缆不同,直线形张力腿在垂直方向的高刚度使得其对平台垂向运动非常敏感,如果只施加周期性的水平V I M运动,而不考虑其耦合作用导致的垂直运动,会使张力腿的张力计算有很大误差㊂为了保证垂向运动的准确性,在分析中对平台中心施加周期性的荷载㊂准静态分析具体方法如下:①基于平台时域耦合分析,得到平台最大位移位置;②在平台中心施加一恒定荷载,使得平台位移达到上述目标值;③在目标位置处做衰减试验,得到平台横荡和艏摇固有周期;④根据100年流速,计算得到折合速度U r;⑤根据V I M运动A/D曲线,得到横荡V I M 幅值和艏摇V I M幅值;⑥在平台中心施加一个周期性的简谐力,力的幅值大小根据平台V I M振荡幅值而确定,周期与V I M运动周期一样,相位角可以随机设定;⑦进行时域计算5~10个周期,得到张力腿的最大张力㊂T L P涡激运动(V I M)相关参数通常从拖曳水池试验中测到[9]㊂图3所示为T L P拖曳水池试验装置,图4所示为试验结果曲线㊂图中纵坐标为第4期呼文佳,等:V I M ㊁V I V 对T L P 张力腿张力的影响分析㊃31 ㊃V I M 最大响应幅值,横坐标为折合速度㊂V I M 最大响应幅值随折合速度变化,根据环境条件确定的流速,可计算得到折合速度U r ,从而可依据拖曳水池试验结果获得V I M 最大响应幅值㊂图3 T L P 拖曳水池试验装置F i g .3 T e s t d e v i c e o f T L P t o w i n gt a nk 图4 试验结果曲线F i g.4 C u r v e o f t e s t r e s u l t s 基于T L P 涡激运动拖曳水池试验数据,采用上述准静态分析方法,获得考虑V I M 影响的张力腿最大张力,如表7所示㊂表7 张力腿最大张力的准静态分析结果T a b .7 R e s u l t s o f q u a s i s t a t i c a n a l y s i s o f m a x i m u m t e n s i o n o f t e n s i o n l e g计算最大张力/tT 1T 2T 3T 4T 5T 6T 7T 8时域分析最大值37453744320732393396339432163185最大位移处,静态31943195277727002285228526962773最大位移处+横向V I M ,静态31943203283027522294228526512728横荡V I M ,无艏摇:A =4.52|T =70.3|f =031983198281027322290229027322810横荡V I M ,无艏摇:A =4.52|T =80.3|f =031973197280527272288228827272805横荡V I M ,无艏摇:A =4.52|T =60.3|f =031933194278827112286228627112788横荡V I M ,无艏摇:A =4.52|T =60.3|f =9031943194278827102286228627112788艏摇V I M ,无横荡:A =2.4|T =55|f =031953195281327352289228727222800横荡V I M+艏摇V I M :T =70/55|f =032003200283727602294229527612839横荡V I M+艏摇V I M :T =70/55|f =9032003200283627592294229527622840①3小时时域分析结果,包含风浪流环境动态影响;②所有V I M 运动都施在最大位移处;进行1200s 时域计算;A 为幅值㊁T 为周期㊁f 为相位角.准静态分析方法计算结果表明,平台V I M 周期对张力腿最大张力影响很小(0.5%),V I M 振荡初始相位角对张力腿最大张力几乎没有影响㊂横荡V I M 对最大张力的影响比较小,约1%;艏摇V I M 对最大张力的影响比较小,约1%;横荡和艏摇联合V I M 对最大张力的影响比较小,约2.5%;V I M 对位于垂直环境作用方向(225ʎ方向)上的张力腿(T 3㊁T 4㊁T 7㊁T 8)张力影响较大,而对于位于环境载荷作用方向上的张力腿(T 1㊁T 2㊁T 5㊁T 6)张力影响较小㊂3.2 动态分析方法动态分析方法是在平台时域耦合分析得到的3小时运动时程曲线的基础上施加V I M 振荡,V I M数据同样基于水池试验[8]㊂V I M 振动施加的方法与准静态分析一样施加周期性荷载㊂动态分析结果如图5~8,以及表8所示㊂图5 平台纵荡运动F i g .5 S u r g e m o t i o n o f pl a t f o r m㊃32㊃海洋工程装备与技术第9卷图6 平台横荡运动F i g .6 S w a y m o t i o n o f pl a t f o rm 图7 平台垂荡运动F i g .7 H e a v e m o t i o n o f pl a t f o rm 图8 平台艏摇运动F i g .8 Y a w m o t i o n o f pl a t f o r m 表8 张力腿张力的动态分析结果T a b .8 D y n a m i c a n a l y s i s r e s u l t s o f t e n s i o n l e gt e n s i o n 参数V I M纵荡/m横荡/m垂荡/m艏摇/(ʎ)张力腿T 1/t 张力腿T 3/t 张力腿T 5/t平均无-22.04-22.02-1.350.00277225242250有-21.71-21.69-1.370.00277525292253最大无-14.64-14.65-0.570.20374532073396有-9.08-8.94-0.612.66371332763414最小无-32.66-32.77-2.94-0.14210917881305有-37.43-36.65-2.88-2.73211018511319方差无2.472.470.310.0421*******有5.165.360.311.40212189234动态分析结果包括V I M 和无V I M 两种情况,从分析结果可以看出,V I M 对位于垂直环境载荷作用方向(225ʎ方向)上张力腿(T 3㊁T 4㊁T 7㊁T 8)最大张力影响较大(2%~3%),而对于位于环境载荷作用方向上的张力腿(T 1㊁T 2㊁T 5㊁T 6)最大张力影响较小(1%)㊂这与准静态分析法获得结论一致㊂4 V I V 对张力影响在深水高流速海域,当超临界湍流的涡泄频率接近或等于张力腿管柱的固有频率时,张力腿产生涡激共振㊂张力腿的V I V 对T L P 平台的影响主要是张力腿自身的疲劳,通常称为V I V 疲劳㊂V I V 对张力腿张力,以及平台总体性能影响很小,张力腿V I V 对张力的影响如表9所示㊂表9 V I V 对张力影响的分析结果T a b .9 A n a l ys i s r e s u l t s o f i n f l u e n c e o f V I V o n t e n s i o n 序号敏感性参数顶部最大张力/t底部最小张力/t平均R M S 最大平均R M S 最小1基准值27512103693214723611712V I V 影响2759212371221562351188在分析V I V 对张力腿张力的影响中,考虑到V I V 抑制装置的作用,将张力腿的流力系数C d 从1.1增加到1.3㊂根据表9所示的计算结果,考虑V I V 的影响,张力腿张力增大约1%,影响很小,可以不考虑㊂5 结 论针对正常作业条件㊁极端条件和自存条件,并考虑高㊁低潮位的影响,T L P 时域耦合分析结果表明,高潮位下的最大张力与低潮位下的最小张力都在允许的范围内,既满足强度要求,也能满足底部连接不发生意外解脱㊂参数敏感性分析表明,波浪谱峰周期和形状因子对张力影响比较小,平台重心高度在一定范围内对张力几乎没有影响,流向改变对最小张力的影响较为明显(在流向135ʎ,最小张力减小140t ),需要工程设计给予关注㊂基于拖曳水池试验数据,采用准静态和动态分析方法获得的计算结果都表明,V I M 对位于垂直环境载荷作用方向上的张力腿张力(T 3㊁T 4㊁T 7㊁T 8)影响较大,而对于位于环境载荷作用方向上的张力腿张力影响较小㊂V I M 在一定程度上对张力第4期呼文佳,等:V I M㊁V I V对T L P张力腿张力的影响分析㊃33㊃腿的最大㊁最小张力有影响,需要工程设计中考虑㊂V I V对张力腿张力的影响在工程设计时可以忽略㊂参考文献[1]王禅,金辉,王腾.风浪联合作用下海上T L P浮式风机动态响应分析[J].船舰科学技术,2019,41(10):75-79.[2]刘周,樊天慧,陈超核,等.3种典型半潜式浮式风机基础水动力性能比较[J].中国海洋平台,2021,36(2):1-10. [3]孙洪源,张举明,单亦石等.考虑阻尼比的S p a r式浮式风力机基础结构涡激运动特性研究[J].太阳能学报,2022,43(1): 154-160.[4]吴浩宇,赵永生,何炎平,等.张力腿浮式风机筋腱失效模式模式下瞬态响应分析[J].浙江大学学报(工学版),2020,54(11):2196-2203.[5]高巍,张继春,朱为全.南海 浅深水 海域经典T L P平台整体运动性能分析[J].船舶工程.2017(6):67-72.[6]刘祥建,刘文民,伞立忠,等.500m水深张力腿平台总体运动性能分析[J].船海工程,2018,47(5):110-114.[7]张法富,高静坤,杨小龙,等.南海张力腿平台在位总体性能数值计算分析[J].海洋工程装备与技术,2016,3(2):105-110.[8]安筱婷,赵伟文,万德成.风机基础T L P平台在波浪中运动性能的C F D数值分析[J].海洋工程.2020,38(5):35-49. [9]田辰玲,刘明月,王世圣,等.张力腿平台涡激运动特性数值模拟与模型试验研究[J].中国海上油气,2021,33(1):195-203.[10]A P I R P2T,R e c o m m e n d e d P r a c t i c e f o r P l a n n i n g,D e s i g n i n ga n d C o n s t r u c t i n g T e n s i o n L e g P l a t f o r m s[S].S e c o n d E d i t i o n, 1997.。
计及平台运动响应谱的顶部张紧立管稳定性曲线研究
计及平台运动响应谱的顶部张紧立管稳定性曲线研究孙丽萍;王建伟;戴绍仕【摘要】针对顶部张紧立管在不规则波作用下可能会失稳的问题，研究了计及平台运动响应谱的张紧立管稳定性曲线。
首先计算出了张力腿平台的运动响应谱，依据该运动响应谱的特性，将不规则波波浪作用下张力腿平台的运动响应以一系列规则波叠加的形式给出。
并将这一系列的规则波输入到顶部张紧立管的参激振动方程当中。
同时，采用伽辽金法简化控制方程，得到参激振动的马蒂厄方程。
最后，利用小参数法对其进行推导，得出了顶部张紧立管的稳定性曲线公式。
研究结果表明：平台运动响应谱对顶部张紧立管的稳定性曲线有着很重要的影响。
%Regarding the problem of the potential instability of the top tension riser under irregular wave action, we obtained stability curves for the top tension riser under the effect of the platform's motion response spectrum. First, we calculated the motion response spectrum of the tension leg platform. Based on the features of the motion response spectrum, we superimposed the motion response of the tension leg platform on a series of regular waves. The regular wave series were then input into the top tension risers' parametrically excited vibration equation. By applying the Galerkin method, we simplified the control equation and obtained the parametrically excited Mathieu equation. Fi⁃nally, we obtained the stability curve equations of the top tension riser by deducing the small parameters. The re⁃sults prove that the platform's motion response spectrum is vital to the stability of the top tension riser.【期刊名称】《哈尔滨工程大学学报》【年(卷),期】2016(037)003【总页数】6页(P326-331)【关键词】不规则波;响应谱;张紧立管;马蒂厄方程;稳定性曲线【作者】孙丽萍;王建伟;戴绍仕【作者单位】哈尔滨工程大学船舶工程学院，黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院，黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院，黑龙江哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】TE58;O322随着浅水处的油气逐渐被耗尽，对深水域的开发变得特别的重要。
畸形波作用下张力腿平台运动响应分析的开题报告
畸形波作用下张力腿平台运动响应分析的开题报告一、背景和意义在海洋工程领域中，张力腿平台是一种主要的深海钻探设施，其能够在海洋表面以上支撑海洋平台，同时通过深海减速器将海洋浮泊器的洋流载荷减缓到主结构。
然而，海洋鄂霍次克海浪的存在使得张力腿平台面临着多种力学问题，如动态响应和疲劳破坏等。
其中，畸形波是一种常见的波浪类型，其在海洋钻井平台的动力响应分析中具有重要的作用。
本文旨在研究畸形波作用下张力腿平台的运动响应分析，为深海海洋平台结构设计和工程实践提供理论和实践基础。
二、研究内容本文的研究内容主要包括以下方面：1. 畸形波的特征和传播规律：阐述畸形波的特点、形成原因以及在海上运动中的传播规律。
2. 张力腿平台的结构与参数：对海洋平台的结构、参数、支撑系统进行分析，确定工程实践中所需的参数。
3. 动态响应模型的建立：对畸形波作用下张力腿平台的动态响应进行建模，建立数学模型。
4. 张力腿平台的运动响应分析：使用建立的数学模型，计算出畸形波作用下张力腿平台的运动响应，分析其响应特点和动态性能。
5. 参数分析与优化设计：根据分析结果，对关键参数进行分析与优化设计，提高张力腿平台的安全性、稳定性和性能。
三、预期成果本文的预期成果主要包括以下几个方面：1. 建立了畸形波作用下张力腿平台的动态响应模型，对其运动响应进行了分析，确定了关键响应特征和动态性能。
2. 对张力腿平台关键结构参数进行了分析和优化设计，提高了海洋平台的安全性、稳定性和性能。
3. 对畸形波的特征和传播规律进行了解析和探究，深入了解畸形波在深海工程实践中的作用。
四、研究方法和计划本文的研究将采用理论分析和数值模拟相结合的方法，通过建立动态响应模型，计算出张力腿平台的运动响应，并对其响应特征和性能进行分析和优化设计。
具体研究计划如下：1. 阅读相关文献资料，确定张力腿平台的结构特点和参数要求，并对畸形波的特征进行研究探究。
（时间：1个月）2. 建立畸形波作用下张力腿平台的动态响应模型，选择合适的数学方法，解决模型求解问题。
张力腿平台
张力腿平台张力腿平台发展与简介导管架平台和重力平台由于其自重和工程造价随水深大幅度地增加, 已经不适应深水域油气开发, 所以本世纪60 年代提出了顺应式平台的概念, 并在近20年的平台设计中得到了广泛的发展应用。
顺应式结构的典型实例是张力腿平台(Tension LegPlatform 简称为TLP)。
张力腿平台最重要的特点是平台的竖向运动很小, 水平方向的运动是顺应式的, 结构惯性力主要是水平方向的回弹力。
张力腿平台的结构造价一般不会随水深增加而大幅度地增大。
近二十年来, 经过张力腿平台设计生产的实践,证明张力腿平台具有良好的运动性能, 是深水海域油气生产适宜的平台形式。
张力腿平台结构张力腿平台(简称TLP)适用于较深水域(300～1500m)、且可采油气储量较大的油田。
TLP 一般由上部模块(Topside)、甲板、船体(下沉箱)、张力钢索及锚系、底基等几部分组成。
其船体(下沉箱)可以是三、四或多组沉箱,下设3～6组或多组张力钢索,垂直与海底锚定。
平台及其下部沉箱受海水浮力,使张力钢索始终处于张紧状态,故在钻井或采油作业时,TLP几乎没有升沉运动和平移运动。
其微小的升沉和平移运动(平移运动仅为水深的1.5% ～2%),在钻井和完井时主要由水中和井内相对细长的钻具及专用短行程补偿器补偿张力腿平台技术特点张力腿式钻井平台是利用绷紧状态下的锚索产生的拉力与平台的剩余浮力相平衡的钻井平台或生产平台。
张力腿式钻井平台也是采用锚泊定位的，但与一般半潜式平台不同。
其所用锚索绷紧成直线，不是悬垂曲线，钢索的下端与水底不是相切的，而是几乎垂直的。
用的是桩锚(即打入水底的桩为锚)或重力式锚(重块)等，不是一般容易起放的抓锚。
张力腿式平台的重力小于浮力，所相差的力量可依靠锚索向下的拉力来补偿，而且此拉力应大于由波浪产生的力，使锚索上经常有向下的拉力，起着绷紧平台的作用。
作用于张力腿式钻井平台上的各种力并不是稳定不变的。
畸形波作用下二阶波浪载荷对张力腿平台动力响应的影响
畸形波作用下二阶波浪载荷对张力腿平台动力响应的影响李焱;唐友刚;王宾;曲晓奇【摘要】畸形波易对海上的建筑物造成极大的危害.为研究畸形波作用下张力腿平台的动力响应特性,考虑张力腿平台的六自由度运动与张力腿非线性恢复刚度,建立非线性耦合运动方程.结合随机频率相位角调制法生成的畸形波波面时历,计算在畸形波条件下平台所受的一阶及二阶和、差频波浪载荷,并采用数值方法求解平台六自由度的运动.结果表明,在畸形波作用下,一阶、二阶波浪载荷均受到畸形波的影响,但各波浪载荷成分的增幅在不同自由度上并不相同.以纵荡为代表的低频运动主要受二阶差频波浪载荷影响,以垂荡、纵摇为代表的高频运动受二阶和频波浪载荷的影响.而由平台水平面内运动引发的下沉运动在二阶差频波浪载荷的作用下显著增大,从而诱发了垂荡运动产生了显著增加,因此在畸形波作用下垂荡运动同时受到二阶和频及差频波浪载荷的影响.此外,由于畸形波具有冲击载荷的特性,不同自由度运动幅值出现时刻并不相同.%Freak waves can cause destructive effects on offshore structures.In order to study the dynamic response of a tension leg platform (TLP) under freak waves,nonlinear equations for its coupled motions were established based on the platform' s 6-DOF motions and the leg' s nonlinear restoring stiffness.Time histories of freak wave surface were generated using the random frequency phase angle modulation method.The 1 st order,2nd order difference frequency and sum frequency wave loads exerted on the platform were calculated under freak waves.The platform' s 6-DOF motions were solved with numerical method.The results showed that freak waves affect both the 1st order and the 2nd order wave loads,increases in amplitude of different wave loads are different indifferent DOFs;the lower frequency motion,such as,surge of TLP,is mainly affected by the 2nd order difference frequency wave load;the higher frequency motions,such as,heave and pitch of TLP,are mainly affected by the 2nd order sum frequency wave load;under the action of the 2nd order difference frequency wave load,the negative motion caused by motions in horizontal plane of TLP increases significantly to cause an obvious increase in heave motion;therefore,heave motion under freak waves is affected by both the 2nd order difference frequency wave load and the 2nd order sum frequency wave load;besides,due to the impact characteristic of freak waves,the amplitude of each DOF motion appears at different time instants.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2018(037)003【总页数】7页(P167-173)【关键词】畸形波;张力腿平台;二阶波浪载荷;下沉运动;冲击载荷【作者】李焱;唐友刚;王宾;曲晓奇【作者单位】天津大学建筑工程学院,天津300072;天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室,天津300072;天津大学建筑工程学院,天津300072;天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室,天津300072;天津大学建筑工程学院,天津300072;天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室,天津300072;天津大学建筑工程学院,天津300072;天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室,天津300072【正文语种】中文【中图分类】TU311;U674研究表明我国南海海域可能出现畸形波，因此对于南海油气资源开发结构的设计与研究中，研究畸形波的作用和影响是重要的。
基于AQWA的张力腿平台动力响应分析
第39卷增刊(II )2009年11月 东南大学学报(自然科学版)JOURNAL O F SOU THEAST UN I V ERS ITY (N atural Science Edition ) V ol .39Sup (II )N ov .2009 基于AQWA 的张力腿平台动力响应分析闫功伟1 欧进萍1,2(1哈尔滨工业大学土木工程学院,哈尔滨150090)(2大连理工大学建设工程学部,大连116024)摘要:为研究极端海况下张力腿平台(TL P )的动力响应性能,对一典型传统式TL P 平台进行整体设计,并应用势流理论和波浪的辐射/衍射理论,结合水动力分析软件AQW A ,考虑随机波浪载荷及风、流载荷的共同作用,对平台在极端海况下的动力响应进行了数值模拟分析,计算在多个不同入射角波浪作用下的平台六个自由度上运动的幅值响应算子(RAO s ),模拟分析在极端海况P 2M 波浪谱作用下平台的动力响应和张力腿的运动响应.结果表明:波浪入射角的不同对平台垂荡运动的RAO s 没有明显的影响,对另外5个方向运动RAO s 的幅值有明显影响;张力腿提供的附加刚度,对平台上体纵、横摇及垂荡响应作用明显,对平台纵、横荡及首摇也有一定的限制作用;平台的动力响应主要由波浪荷载引起;张力腿在平台上体带动及流荷载作用下会产生较大幅度运动.总之,在张力腿的有效约束下TL P 平台可以避开能量集中的波浪频率,表现出良好的纵、横摇及垂荡性能,而张力腿的安全和性能将成为平台安全和性能的重要指标.关键词:张力腿平台;AQW A;幅值响应算子;动力响应;数值模拟;极端海况中图分类号:TV 13912+6 文献标识码:A 文章编号:1001-0505(2009)增刊(II )20304207Dynam i c response analysis of T LP based on AQ WAYan G ongw ei 1 O u J inp ing 1,2(1School of C ivil Engineering,Harbin Institute of Technology,Harbin 150090,China )(2Faculty of Infrastructure Engineering,D alian U niversity of Technology,D alian 116024,C hina )Abstract:A classical tension leg p latfor m (TL P )is globally designed in order to study the dynam ic resp onse of TL P in extrem e offshore environm ent .The theo ries of po tential flow and d iffraction /rad iation are used to calculate the w ave loads of TL P in hydrodynam ic calculation soft w are AQW A.The random w ave loads,w ind loads and cu rren t loads are considered to analyze the dynam ic resp onse of a conventional TL P in extrem e offshore environm en t,and the RAO s (response am p litude op erator )of su rge,s w ay,heave,roll,p itch and yaw are obtained under several differen t directions of w ave .The dynam ic responses of tendon and p latfor m are also obtained considering the effects of P 2M ocean w ave spectra in extrem e offshore env ironm ent .The results show that changes of w ave directions have no effect on the RAO s of heave,bu t they have obvious effect on the m ovem ent am p litude of o ther five directions;the add itional stiffness from tendons to p latfor m has obv ious effect on the RAO s of roll,p itch and heave,and it has obvious restriction on the surge,s w ay and yaw of p latfor m;the dynam ic response of p latfo r m is m ainly caused by w ave loads;tendons have large am p litude m otions caused by the reaction of the m otion of p latfor m and the effects of environm ental loads.In a w ard,TL P can be kep t aw ay from w ave frequencies of concentrated energy depending on the restriction of tendons;therefore TL P can have excellent p erfor m ance of roll,p itch and heave,but the safety and perfo r m ance of tendon becom es m ain target of TL P .Key words:tension leg p latfor m;AQW A;resp onse am p litude operato r ;dynam ic response;num erical si m ulation;extrem e offshore env ironm ent 收稿日期:2009211227. 作者简介:闫功伟(1983—),男,博士生;欧进萍(联系人),男,博士,教授,博士生导师,中国工程院院士,oujinp ing @dlut .edu .cn . 基金项目:国家自然科学基金资助项目(50538050)、国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(2006AA 09A 103,2006AA 09A 104).自1984年第一座实用化张力腿平台H utton TL P 建成至今,世界上已建有20多座这种形式的平台.张力腿平台以其成熟的技术和良好的运动特性成为目前深海油气开采选用的主要平台型式之一.目前众多学者已经对张力腿平台做了广泛的研究,主要集中在以下几个方面:①平台结构形式的创新及优化设计[1];②平台的动力响应特性分析[2-3];③平台的施工与安装方法;④平台性能健康检测等.其中,平台的动力响应特性分析是张力腿平台相关研究中的重点及难点,它不仅是结构形式创新及优化设计的重要内容,同时也为平台的施工、安装及检测提供了支持.本文结合水动力计算软件AQW A ,考虑随机波浪载荷及风、流载荷的作用,对一座经过整体设计的传统式张力腿平台在极端海况下的动力响应进行了模拟分析,对典型张力腿平台的动力特性做了进一步的研究.计算主要用到了AQW A 2L I N E,AQW A 2L I B R I UM 和AQW A 2NAU T 模块.下面对这几个模块的主要功能作下简介:AQW A 2L I N E 用于计算浮体结构在常规波中响应问题,主要分析技术是水波的辐射/衍射理论,可以计算浮体结构的一阶或二阶波浪力以及浮体的附加质量和辐射阻尼;AQW A 2L I B R I UM 用于确定浮体系统的静态平衡位置,计算张力腿张力,并确定浮体在相应位置的静动态稳定性;AQW A 2NAU T 用于计算在特定波浪条件下,浮体结构的载荷和运动响应时间历程.其中应用STO KES 二阶波浪理论计算浮体表面的波浪力,通过输入风、流经验系数模拟流和风载荷的影响.1 数值模拟1.1 数值模拟流程对张力腿平台动力响应分析按如下步骤进行:1)张力腿平台整体设计,根据张力腿平台设计要求及环境条件进行张力腿平台整体设计,以确定平台的总体尺度,规划设备位置,均衡平台重心,确定张力腿的张力及尺寸;2)AN SYS 有限元模型建立,根据平台整体设计得到的平台主要参数,建立张力腿平台AN S YS 有限元模型,并进行网格划分;3)AQW A 计算文件导出及修改,在AN SYS 中输入命令anstoaqw a,弹出界面设定参数及对称面,导出模型文件,并根据环境条件及需要修改计算文件中相应卡片;4)在平台上附加张力腿,根据设计张力腿参数,在计算文件相应卡片处加入张力腿的单元信息;5)数值模拟及结过处理,分别调用AQW A 2L I N E 和AQW A 2NAU T 进行数值计算,用AQW A GS 进行计算结果的图形显示及后处理.1.2 模型建立对传统四柱式张力腿平台进行整体设计,得到平台主要参数为设计吃水22m 、上体总重17.355kt 和总排水量2.94×105kN ,平台的其他参数如表1所示[4].表1 张力腿平台的设计参数名称设计参数平台立柱外径16m ,内径7m ,高度35m ,数量4个,中心距50m 张力腿外径1.2m ,内径1.12m ,就位长度978m ,数量4×2根,总预张力1.02×105kN 浮箱高度7m ,宽度12m ,长度34m ,数量4个甲板直升机甲板22m ×22m ,上层甲板54m ×52m ,下层甲板52m ×52m 根据表1中参数建立张力腿平台的分析模型并划分网格,如图1和图2所示.图1 张力腿平台运动响应计算模型 图2 平台模型网格划分网格要求1个波长至少要覆盖7个最大单元尺寸才能计算,所以划分网格时要根据需要计算的最大波浪频率设定网格的控制尺寸,网格越细,可计算的波浪频率越大,同时对应着计算耗时的增加.503增刊(II )闫功伟,等:基于AQWA 的张力腿平台动力响应分析图3 波浪对平台上体的作用2 模拟及结果通过AQW A 调用提前准备好的计算文件就可以进行平台运动响应的模拟计算.本文分别模拟分析了TL P 平台上体自由状态下RAO s,TL P平台上体附加各方向张力腿刚度后的RAO s 以及在选定风、流和随机波浪载荷作用下的动力响应.图3所示为圆频率1.4rad /s 、45°入射、波幅2m 的波浪对平台的作用.2.1 自由运动状态下平台运动响应的RAO s波浪作用下平台的运动响应可由幅值响应算子(resp onse am p litude operator,RAO )描述.它是波浪波幅到平台各位置参数的传递函数[5],即RAO =ηi ξ(1)式中,ηi 为平台运动第i 个自由度的值;ξ为某一频率波浪高度的幅值.一般认为海洋中波浪高度是一个具有零均值、各态历经的高斯随机过程,平台对任一波浪成分的响应是这个成分波波幅的线性函数并且与它对其他波浪成分的响应独立无关[6],利用平台各自由度的运动RAO s 给出在每一个波浪频率下的平台响应,再叠加求和,可以得到在多个波浪作用下的平台运动方程.平台运动的RAO s 可由计算或者试验确定,图4是通过建模调用AQW A 2L I N E 模块计算所得平台各自由度的RAO s,由计算结果可知:图4 平台上体自由状态下的RAO s603 东南大学学报(自然科学版) 第39卷1)平台纵、横荡响应及纵、横摇响应是相对称的,如15°的横荡还可以表示75°的纵荡.这是由于结构的对称性决定的;2)平台垂荡响应在频率为0.4～0.6rad /s 的波浪作用下出现峰值,纵横摇在频率为0.5～0.65,1.1rad /s 的波浪作用下出现峰值,而首摇在频率为1.0～1.1rad /s,入射角为30°(60°)和15°(75°)的波浪作用时出现峰值;3)应该注意的是,此处模拟的是平台上体自由飘浮状态,尚没有考虑张力腿的影响.一般考虑张力腿的影响后,平台固有周期为垂荡3～4s (1.57～2.09rad /s )、纵横荡100～200s (0.03～0.06rad /s )、纵横摇低于4s (1.57rad /s )、首摇高于40s (0.157rad /s ).可见张力腿对平台的纵横摇及首摇还有垂荡作用效果明显,同时能够限制平台的慢漂运动.2.2 附加张力腿各方向刚度后平台上体运动RAO s根据整体设计出来的平台参数,采用拟静态分析的方法计算出附加张力腿在平台上体运动过程中产生的刚度,并附加在程序计算文件的卡片7中,如表2所示.表2 附加张力腿各方向上刚度贡献纵荡/(N ・m -1)横荡/(N ・m -1)垂荡/(N ・m -1)8.152×10-48.152×10-48.753×107横摇/(N ・m ・rad -1)纵摇/(N ・m ・rad -1)首摇/(N ・m ・rad -1)5.471×10105.471×10101.091×108 用AQW A 2L I N E 模块重新调用修改后的计算输入文件对平台进行水动力分析,得出平台的各方向运动RAO s,如图5所示.由图可知:附加张力腿对平台上体各自由度上的RAO s 都有较明显的影响;平台纵横荡及纵横摇对波浪周期更加敏感,呈现明显的自振周期;垂荡响应呈现出明显的随波浪频率周期性变化的特点且幅值降低;首摇的幅值也有所变化.图5 附加张力腿刚度后平台的RAO s703增刊(II )闫功伟,等:基于AQWA 的张力腿平台动力响应分析2.3 附加质量及辐射阻尼平台在波浪载荷作用下将产生多自由度的运动响应,从而激发一个散射速度势改变流体速度场分布,使平台本身受到一个附加水动力荷载.此荷载与平台运动的速度和加速度成正比,通常以附加质量和附加阻尼的形式表示[7].由于结构的对称性,平台运动的附加质量矩阵及辐射阻尼矩阵具有如图6所示形式,对应不同的波浪频率,N i 取值会有不同,计算结果如图7和图8所示.结果表明:平台附加质量受波浪频率影响较小,平台的运动方向对其影响明显;辐射阻尼对波浪频率的变化较为敏感,在平台个方向运动上也明显不同. X Y Z RX RY RZ X YZRXRYRZ N 1000-N 200N 10N 20000N 30000N 20N 400-N 2000N 4000000N 5图6 平台运动的附加质量矩阵及辐射阻尼矩阵形式 图7 平台运动过程中的附加质量图8 平台运动过程中的辐射阻尼 图9 张力腿中间节点的位移响应时程2.4 平台整体动力响应分析P 2M 谱在工程上经常用来描述相对缓慢成长较充分的海浪,是一个较经典的海浪经验谱形[8],其谱密度可以表示为S (ω)=αg 2ω5exp -βg U ω4(2)式中,U 为海面19.5m 高处的风速;α和β为无因次常数,可由波浪谱的统计参数确定.本文计算选用定常海上风速30.1m /s 和海面流速1.04m /s,均沿X 轴方向入射;波浪谱参数取圆频率范围0.1～3.5rad /s,波幅7.7m ,跨零周期9.5s,沿X 轴方向入射.由于平台的对称性和风、浪及流均沿X 轴方向入射,平台所受荷载及重心位置只在X 轴、Z 轴和绕Y 轴(R Y )三个自由度上变化.模拟结果如图9～图11所示.3 结论1)波浪入射角的不同对平台各方向运动RAO s 规律和垂荡RAO s 幅值没有明显的影响,但会影响其他方向上的运动RAO s 幅值.2)附加张力腿对平台上体除首摇外各自由度上的运动RAO s 都有较明显的影响.平台纵横荡及纵横摇对波浪周期更加敏感,呈现明显的固有周期.垂荡趋于稳定,幅值降低.803 东南大学学报(自然科学版) 第39卷图10 平台重心的位移响应时程图11 平台上体所受各方向荷载大小的变化时程3)平台的动力响应主要由波浪荷载引起,流荷载将使平台沿流方向偏离初始就位位置一定距离,风荷载作用效果不明显,这和平台模型简化了上体甲板布置有一定关系.4)张力腿在流荷载作用下会产生大幅度变形,在平台上体带动下会产生较大幅度往复运动,张力腿内张力会有明显变化,应进一步考虑张力腿的疲劳安全性.总之,张力腿平台是深海油气开发中广泛应用的平台型式之一.在张力腿的有效约束下张力腿平台可以避开波浪能量集中的频率,使得平台在纵、横摇及垂荡性能上明显改善,大大提高了平台的适用范围、舒适度和安全性,而张力腿的安全和性能将成为张力腿平台安全和性能的重要指标.903增刊(II )闫功伟,等:基于AQWA 的张力腿平台动力响应分析013 东南大学学报(自然科学版) 第39卷参考文献(References)[1]L ee J Y,L i m S J.H ull for m op ti m ization of a tension2leg p latfor m based on coup led analysis[C]//Proceeding of the18thISO PE C onf.V ancouver,B C,C anada,2008:1002107.[2]R ossit C A,L aura P A A,B am bill D V.D ynam ic response of the leg of a tension leg p latfor m subjected to an axial,suddenly app lied load at one end[J].O cean Engineering,1996,23(3):2192224.[3]K i m C huel2Hyun,L ee C hang2H o,G oo Ja2Sam.A dynam ic response analysis of tension leg p latfor m s includinghydrodynam ic interaction in regular w aves[J].O cean Engineering,2007,34(11/12):168021689.[4]Yan Gongw ei,X u Feng,O u J inp ing.V ortex2induced vibration analysis of the tendon considering the effect of H ull’sm otion[C]//Proceedings of the19th ISO PE C onf.O saka,Japan,2009:133721342.[5]李文魁,张博,田蔚风,等.一种波浪中的船舶动力定位运动建模方法研究[J].仪器仪表学报,2007,28(6):105121054.L i W enkui,Zhang B o,Tian W eifeng,et al.M ethod of ship m otion m odeling w ith dynam ic positioning in w aves[J].C hinese Journal of Scientific Instrum ent,2007,28(6):105121054.(in C hinese)[6]江洪,赵忠华.船舶振荡运动仿真[J].上海交通大学学报,2001,35(10):156621569.J iang H ong,Zhao Zhonghua.The si m ulation of ship’s m otion[J].Journal of Shanghai J iaotong U niversity,2001,35(10):156621569.(in C hinese)[7]马汝建.任意结构形状的大型海洋结构物的附加质量[J].中国海洋平台,1995,10(2):68271.M a R ujian.A dded m ass of large offshore structures w ith arbitrary geom etric shapes[J].C hina O ffshore Platfor m,1995, 10(2):68271.(in C hinese)[8]P ierson W J J r,M oskow itz L.A p roposed spectral for m for fully developed w ind seas based on the si m ilarity theory of S AK itaigorodskii[J].Journal of G eophysical R esearch,1964,69(24):518125190.。
海洋工程张力腿平台的结构设计研究
海洋工程张力腿平台的结构设计研究发布时间：2021-07-05T05:03:45.010Z 来源：《全球城市研究》2021年第2期作者：陈希远鲁华伟[导读] 而张力腿平台在其中属于最典型的顺应式平台，所以有必要针对海洋石油工程张力腿平台的结构设计展开论述，希望以此能够进一步推进我国海洋石油工程的开发进程。
海洋石油工程股份有限公司天津 300000摘要：随着海洋石油工程的不断开发，使得近海水域难以满足全球能源的需求，促使开发的方向转向的深海水域，但是原来传统模式下的平台难以使深水海洋石油开发作业得到满足，而通过顺应式平台的运用下，能够将其中存在的问题予以解决。
而张力腿平台在其中属于最典型的顺应式平台，所以有必要针对海洋石油工程张力腿平台的结构设计展开论述，希望以此能够进一步推进我国海洋石油工程的开发进程。
关键词：海洋工程；张力腿平台；结构设计引言：海洋石油工程早期阶段主要是在近海海域开展的，但是在全球能源需求量的不断推进下，在相关领域的技术发生了重大变革与创新，使得我们开发的目标逐渐向深海海域发展。
由于原来传统模式的平台受到自身重量、工程造价的因素影响，使其在深水海域的油气开发之中不再适用。
顺应式平台这一概念尽管是在上个世纪被提出的，但是在当前阶段的平台设计之中，依然能够获得极为广泛的应用，而张力腿平台在顺应式平台之中就属于一个典型的实例。
1.张力腿平台的结构特点分析 1.1运动响应非常良好张力腿平台在实际使用中，具有非常良好的运动响应特性。
张力腿平台的结构形式类似于顺应式结构物。
平台处于海洋水域之中，会遭受到海、浪、流等这些海洋环境载荷等众多外力的作用，在这种情况下发生运动将会产生一种惯性力，这种惯性力能够对一部分的环境载荷外力进进行抵消，从而使得作用于平台结构上面的净载荷能够减少。
1.2半顺应半固定式结构形式该种平台结构的形式具有半顺应半固定式的特点，当其处于水平方向的时候属于顺应式结构，当其处于竖直方向的时候属于固定式结构。
海洋石油工程张力腿平台的结构设计
海洋石油工程张力腿平台的结构设计逢建涛，宋鲁峰,尹宝瑞，刘广辉,杜子荣(海洋石油工程(青岛)有限公司)摘要：因为导管架平台和重力式平台自身重量和工程造价随水的深度大幅的增加，因此不再适应深水海域油气的开发。
顺应式平台的 概念在上个世纪被提出，并在之后多年的平台设计中得到非常广泛的应用。
其中，张力腿平台属于顺应式平台当中的典型实例。
关键词:张力腿;平台设计;工况;结构分析中图分类号:TE952 文献标识码：A 文章编号：208 - 221X(2222)27 - 238 - 2)海上石油开采在早期主要是面向近海海域，随着全球能源 需求量的不断增大,技术的变革和创新使得深海海域的开发生 产可能性越来越大。
因为导管架平台和重力式平台自身重量和工程造价随水的深度大幅的增加,因此不再适应深水海域油气的开发。
顺应式平台的概念在上个世纪被提岀，并在之后多年的平台设计中得到非常广泛的应用。
其中，张力腿平台属于 顺应式平台当中的典型实例。
)结构特点).8很好的运动响应特性。
张力腿平台跟顺应式结构物类似。
平台在海、浪、流等海洋环境载荷等外力的作用下发生运动时会产生一种惯性力，这种惯性力能够抵消一部分的环境载荷外力,从而使作用在平台结构上的净载荷变小。
)4由于平台的结构形式为半顺应半固定式，在水平方向是顺应式结构，在竖直方向是固定式结构。
由于这一结构形式特点，张力腿平台保留了传统固定式平台的很多作业优势，与传统固定式平台相比其生产与维护作业方式几乎相似,其操作方式与固定式平台几乎没有任何差别。
并且对深海油田而言，因 为张力腿平台的结构造价不会随着水的深度的增加而大幅的提高,从开发费用角度来看，张力腿平台比固定式平台要低许多。
2设计工况2. 8设计工况即综合考虑各种载荷的组合，这些载荷包含项目阶段、系统工况和环境条件。
设计者应该关注一些建议性的情况以确保所有相关的设计工况都被考虑在内。
24对于每种设计工况而言，平台的设计应该考虑多种对结构 产生最严重影响的载荷工况。
深水张力腿平台系泊系统耦合动力分析的开题报告
深水张力腿平台系泊系统耦合动力分析的开题报告一、选题背景及意义深水张力腿平台是一种在深海环境下进行开采和生产的海上平台，广泛应用于石油、天然气等能源领域。
其系泊系统作为保证平台稳定性和安全性的关键部分，其耦合动力特性的研究对于提高平台的设计和运行能力具有重要意义。
二、研究内容本论文主要围绕深水张力腿平台系泊系统耦合动力特性开展研究，包括以下方面：1. 深入了解深水张力腿平台系泊系统的结构和工作原理，对平台的各种动力载荷进行分类和计算分析。
2. 建立深水张力腿平台系泊系统的数学模型，利用流体动力学理论，分析平台在海洋环境中受到的各种动力载荷以及耦合作用下产生的系统实时响应。
3. 利用ANSYS软件进行数值仿真，对深水张力腿平台系泊系统的状态响应进行分析和评估。
4. 针对深水张力腿平台系泊系统的动态响应特性，提出相应的控制策略，以提高平台的稳定性和安全性。
三、研究意义本论文将深入探究深水张力腿平台系泊系统的耦合动力特性，为平台的设计和运行提供较完整的理论依据和技术支撑，具有以下意义：1. 为海洋平台工程研究提供了切入点，有助于推动深海工程技术的发展。
2. 可为深水张力腿平台系泊系统的设计和运行提供科学的理论指导，提高平台的可靠性和安全性。
3. 对于深水张力腿平台系泊系统耦合动力特性的深入研究，将为其他海洋平台工程的设计和运行提供借鉴和参考。
四、研究方法本论文的研究方法主要包括实验研究和理论研究两个层面。
1. 实验研究：采用ANSYS软件等相应软件，通过系统仿真来测量并分析深水张力腿平台的系泊系统在受到不同载荷下的响应情况。
2. 理论研究：基于流体力学理论等方面的基础知识，建立深水张力腿平台系泊系统的数学模型，并利用相应的数学方法研究平台在耦合作用下的动态响应特性。
五、预期成果本论文的预期成果主要包括以下几个方面：1. 对深水张力腿平台系泊系统受到不同载荷下的动态响应特性展开深入研究，并建立相应的数学模型。
畸形波作用下二阶波浪载荷对张力腿平台动力响应的影响
第37卷第3期振动与冲击JOURNAL OF VIBRATION AND SHOCK Vol.37 No.3 2018畸形波作用下二阶波浪载荷对张力腿平台动力响应的影响李焱$’2,唐友刚$’2,王宾$’2，曲晓奇$&2(1.天津大学建筑工程学院，天津300072; 2.天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津300072)摘要：畸形波易对海上的建筑物造成极大的危害。
为研究畸形波作用下张力腿平台的动力响应特性，考虑张力 腿平台的六自由度运动与张力腿非线性恢复刚度，建立非线性耦合运动方程。
结合随机频率相位角调制法生成的畸形波波面时历，计算在畸形波条件下平台所受的一阶及二阶和、差频波浪载荷，并采用数值方法求解平台六自由度的运动。
结果表明，在畸形波作用下，一阶、二阶波浪载荷均受到畸形波的影响，但各波浪载荷成分的增幅在不同自由度上并不相同。
以纵荡为代表的低频运动主要受二阶差频波浪载荷影响，以垂荡、纵摇为代表的高频运动受二阶和频波浪载荷的影响。
而由平台水平面内运动引发的下沉运动在二阶差频波浪载荷的作用下显著增大，从而诱发了垂荡运动产生了显著增加，因此在畸形波作用下垂荡运动同时受到二阶和频及差频波浪载荷的影响。
此外，由于畸形波具有冲击载荷的特性，不同自由度运动幅值出现时刻并不相同。
关键词：畸形波；张力腿平台；二阶波浪载荷'下沉运动；冲击载荷中图分类号：T U311; U674 文献标志码：A D O I ： 10. 13465/j. c n k i. jvs. 2018.03.027&f e c t s o f s e c o n d o r d e r w a v e l o a d o n d y n a m i c r e s p o n s e o f a T L P u n d e r f r e a k w a v e sLI Yan1,2 ’TANG Yongang1,2 ’WANGBin1，2 ’QU Xiaoq&,2(1. School o f C iv il E n g in e e rin g’T ia n jin U n iv e rs ity’T ia n jin300072’C h in a；2. State K ey Laboratory o f H y d ra u lic E ngineering S im ulatio n and S afety’T ia n jin U n iv e rs ity’T ia n jin300072，C h in a)A b s tra c t；Freak waves can cause destructive effects on ofsliore structures.In order to study the dynamic responseof a tension leg p latform( T L P) under freak waves，nonlinear equations for its coupled motions were established based on the platform’ s6-D O F m otions and the leg’ s nonlinear restoring stiffness.Tim e histories of freak wave surface were generated using the random frequency phase angle modulation m etliod.The1st ord e r，2nd order diffe sum frequency wave loads exerted on the platform were calculated under freak waves.The platform solved w ith num erical m ethod.The results showed that freak waves affect bot!i the1st order and the2nd order wave loads’increases in am plitude of different wave loads are different in different D O Fs;the lower frequency m otion，such as，surgeof T L P，is m ainly affected by the2nd order d iference frequency wave lo a d;the higher frequency m otions’such as，heave and pitch of T L P，are m ainly affected by the 2nd order sum frequency wave lo a d;under the action of the 2nd order d ife re n ce frequency wave load’the negative motion caused by motions in horizontal plane of TLP increases significantly to cause an obvious increase in heave motion；therefore’heave motion under freak waves is affected by bot!i the2nd order difference frequency wave load and the2nd order sum frequency wave lo a d;besides’due to the im pact characteristic of freak waves’the am plitude of each DOF motion appears at different tim e instants.K e y w o rd s；freak w ave;tension leg platform (T L P)；second order wave lo a d;negative m otion；im pact load研究表明我国南海海域可能出现畸形波，因此对于南海油气资源开发结构的设计与研究中，研究畸形波的作用和影响是重要的。
综合波浪能利用张力腿网箱平台
63 /的收缩实现网箱下潜与上升，加上波浪能发电技术可在网箱平台上的得到应用，更能实现自动化、智能化控制。
所以研制出利用张力腿结构升沉运动发电网箱平台养殖，用海洋能发电系统为网箱系统提供动力来源，利用在养殖网箱周围捕获的波浪能作为发电系统，二者相互结合，一方面起到发电目的，另一方面减少了网箱内部的水流速度，起到了阻碍水流作用，更加有利于鱼群的生长发育。
3.综合波浪能利用张力腿网箱平台3.1结构特点中间有一根独立中央管轴由张力缆索连接固定在海底，其余的网箱结构围绕轴杆组合而成。
网箱上部是圆锥形的钢架结构，底部是钢制圆形圈，通过16根拉索连接，固定在海底。
中间部分由柔性网衣围起养殖空间。
中央轴杆从网箱的上部圆锥体和下部底圈中心垂直穿过，形成张力腿式平台形式。
中央管轴穿过上部圆锥形钢架与底部钢圈两部分，通过齿轮接触。
同时在上部圆锥钢架顶部中心与下部钢制底圈中心均有封闭的发电装置。
3.2发电方式当该整体结构受波浪作用，中央轴杆底部因入水较深，受波浪产生的垂荡较小，而网箱结构部分因主要的上部圆锥钢架位于水面附近，会产生相对较大的垂荡。
因此两者垂向运动幅值的差异会使网箱产生相对中央轴杆的位移。
这样，通过波浪就能使网箱平台做升沉运动，从而带动相应的发电装置内的齿轮转动，通过发电机发电。
就会将波浪能转化为机械能进而转化为波浪能，产生电量，自给自足。
3.3结构稳定性网箱如果采用柔性网衣，其底部结构因与主体结构柔性连接，在水下受流体作用后，网衣会产生很大水平向位移，导致网箱变形巨大，影响养殖空间。
但在本设计中，底部钢圈与上部圆锥钢架之间的水平相对运动被中央轴杆约束住，使该设计在采用柔性网衣时，仍能保持很好的整体性、稳定性。
其次，本文所提平台是一种利用张力腿网箱平台垂荡运动直接发电的装置。
尽管，这种发电方式也是利用波浪带动的机械运动转化为电能，但该机械运动不是附属构件的运动，而是直接利用平台结构的运动，所以，从根本上说，在机械能转化的过程中，是在耗散浮体平台的运动能量，有利用平台的稳定性。
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设计波法在张力腿平台设计中的运用
单击此处编辑副标题 黄 佳
2015年8月20日
一、设计基础 二、设计波法原理 三、短期预报 四、长期预报 五、总结
设计基础
平台状态 完整 HULL破舱-无压载补偿 HULL破舱-有压载补偿 Tendon破损-无压载补偿 Tendon破损-有压载补偿 Tendon移除-有压载补偿 B 作业工况 1-Year A B S B S B B S S S 折减后的 极端工况 生存工况 钻井作业工况 极端工况 10-Year B S A 内波作业工况
100-Year 1000-Year 10-year非台风 1-year非台风+内波 A
设计寿命20年 根据APIRP2T规范，Loadcase分为三个等级，A、B、Ｓ
注：A：作业工况；B：极端工况；S：生存工况；
设计基础
1 1000-year 2 100-year 3 10-year 4 1-year Max Wave and Associated Wind & Current Environment Condition Summary
Tropical Cyclone Tropical Cyclone Tropical Cyclone Tropical Cyclone Survival Case Jonswap 2.4 Omni Omni 16.50 17.2 13.7 27.6 17.2 2.40 0.00 -1.12 0.00 Extreme Case Jonswap 2.4 Omni Omni 13.60 16.3 11.6 23.5 14.9 1.86 0.00 -1.09 0.00 Reduce Extreme Jonswap 2.4 Omni Omni 10.30 15.1 9.6 17.8 10.9 1.39 0.00 -1.08 0.00 Normal Operating Jonswap 2.4 Omni Omni 7.50 13.9 8.3 12.9 8.6 1.12 0.00 -1.03 0.00
风 浪 流
Wave Gamma Heading (Wamit) Direction (TN, from) Significant wave ht (Hs) Spectral peak period (Tp) Wave cross period (Tz) Maximum wave ht Maximum crest ht Tide & Surge: Highest Water Level Tide & Surge: Mean Water Level Tide & Surge: Lowest Water Level Subsidence
(deg) (m) (sec) (sec) (m) (m) (m) (m) (m) (m)
4
设计基础
风暴工况（tropicalcyclone）取条件极值 非风暴工况（non-tropicalcyclone）取主极值
设计基础
在等级B，S下，环境条件均采用条件极值 OMNI
设计基础
设计基础
回归周期的意义 P为单次响应的超越概率，t为单次响应的平均跨零周期，Tr为回归周期 P=t/Tr 举例说明，某海域波浪平均跨零周期10s，回归周期为100年，单个波浪 超越100年一遇波高的概率为 10s/100年 =3.17X10-9 设计寿命期间的遭遇概率
设计寿命 20 25 30 20 25 30 20 回归周期 100 100 100 500 500 500 1000 遭遇概率 18.13% 22.12% 25.92% 3.92% 4.88% 5.82% 1.98%
Tendon刚度
张力腿平台水平位移offset 与垂向位移setdown的关系
提示！注意区别setdown与heave
张力腿张力=预张力+刚度 X伸长
总体运动性能
一、设计基础 二、设计波法原理 三、短期预报 四、长期预报 五、总结
设计波法
作用：
根据环境条件选取一定的设计工况用来对结构进行校核。
背景：
深水浮式平台处于随机海浪作用下，波浪载荷具有随机性和动力性，难以确定什么样的工 况对结构最为不利。
原理：
指依据波浪载荷等效的原则按照波浪理论构造的一组规则波，通过对波高、周期、人射浪 向以及波浪相位角的不同组合，包络对结构物的最不利状态。
将等效设计的出一组规则波 施加在平台上，计算平台运动和动力响应。
设计波法
z 确定性设计波法 z 随机性设计波法 z 长期预报设计波法
设计波法
确定性设计波法：
根据波陡公式确定HsTz之间的关系
根据DNV推荐公式确定波陡值
根据上述公式，设计一组HT值。
H的值不超过规范推荐的最大波高（DNV推荐全球海 域100年重现期最大规则波高32m） 用H/2乘以RAO在对应周期下的值，得到特征载荷响应值。
最大的响应值对应的HT即为设计波高和周期
设计波法
随机性设计波法（短期预报设计波法）：
根据短期预报结果，确定一组HT值，使得HT对应波浪的载荷等于特征载荷响应的短期 预报值，H的取值小于规定的最大波高。
Ad=H/2,为短期预报的响应最大值，RAOc为RAO在对应周期T处的值 LF为放大系数，可取1.1~1.3
设计波法
长期预报设计波法：
与短期预报法类似。
根据长预报结果，确定一组HT值，使得HT对应波浪的载荷等于特征载荷响应的长期 预报值，H的取值小于规定的最大波高。
Ad=H/2,为长期预报的响应最大值，RAOc为RAO在对应周期T处的值 LF为放大系数，可取1.1~1.3
设计波法
半潜平台设计波法所选取的特征载荷
设计波法
在流花TLP中的运用
短期预报时，在HsTp包络线上进行检索，选择不同的短期工况进行分析，选取载荷最大值 短期预报与长期预报进行比较，选取大值
根据上式，确定设计波参数T、H，最大波高1.86Hs作为控制条件，超过该值的波高不予考虑 选取横向加速度，拉伸/挤压力两个特征载荷作为设计波依据。
设计波法
选取特征载荷
横向加速度
拉伸/挤压力
选取最大的特征载荷预报值
短期预报
长期预报
根据最大预报载荷，设计一组等效的设计波
水动力计算
结构校核
短期预报
框出来的部分为pry-squeeze 确定的工况，其余为
横向加速度
确定的工况。
设计波法
得到设计波参数后即可针对选定的设计波进行波浪载荷计算。
目前波浪载荷预报一般采用三维线性频域水动力理论。
SESAM通过LOAD TRANSFER这一功能可以将波浪载荷预报和结构有限元分析无缝的衔接起来。
需要用到以下模块：
•HYDROD，用于波浪载荷预报并将载荷施加到结构有限元模型上（勾选load transfer选项）
•SESTRA，用于进行HYDRODYNAMIC作用下结构有限元计算
•XTRACT&FRAMEWORK，用于将HYDROSTATIC作用下的计算结果和HYDRODYNAMIC作用下的计算结果组合起来。
一、设计基础
二、设计波法原理
三、短期预报
四、长期预报
五、总结
短期预报
根据随机波浪的参数（Hs，Tp等），进行特征载荷的预报：响应载荷的幅值服从Rayleigh 分布, 概率密度特征参数由响应谱的零阶矩决定
响应谱等于RAO的平方乘以波浪谱
短期预报
超越概率为1/N，
令1－F（x）＝1/N
即
某一短期海况下响应的最大值Rmax可有下式求得
其中
N为一定时间内的响应次数，通常取3小时
N=3小时/平均跨零周期
平均跨零周期
一、设计基础
二、设计波法原理
三、短期预报
四、长期预报
五、总结
长期预报
长期预报是在假定各个短期海况载荷变量服从Rayleigh分布基础上，综合考虑各个短期海况本身的概率而得到的长期概率分布。
长期分布是各短期分布的加权组合。
Pi为Hs Tz对应的概率，Pj为波浪入射角度的概率。
可由海域统计的波浪散布图得出。
令上式等于1/N，N为重现期的响应次数，即可求解。
长期预报
一、设计基础
二、设计波法原理
三、短期预报
四、长期预报
五、总结
总结浮体专业在深水平台项目中的定位1. 确定设计基础
依据环境条件和平台工作状态，确定工况组合
确定设计波参数
2. 确定主尺度
排水量、吃水、气隙等
3. 参与优化总体方案
谢谢！。