浮式平台性能

第一章概论

1、浮式结构物的运动可分解为哪些类别？

1）波频运动2）高频运动3）慢漂运动4）平均漂移。

2、摇荡刚体的六个自由度运动指哪些？

摇荡刚体的平移运动指纵荡、横荡和垂荡，垂荡即垂向的运动。摇荡的角运动指横摇、纵摇和首摇，其中首摇为绕垂向轴的转动。船的纵荡是纵向的运动，而横摇为绕纵向轴的角运动。

3、波频运动的定义？

波频运动主要是在有义波能范围内的线性激励运动。波浪主要能量大致集中在3s-20s的范围内。在这个范围内（特别是8s-16s内），波浪对浮式结构施加很大的载荷，浮式结构通过一个相同周期的运动作出响应，其幅值以几乎线性的方式与波幅相联系。

4、波频运动分析的线性水动力包括哪些？

波激力、附连质量力、阻尼力、回复力和力矩

5、船舶常见的总体运动问题有哪些？

（1）垂向加速度和相对垂向运动。加速度决定货物和设备上的载荷，对晕船也是一个很重要的原因。相对垂同运动可以用来评估砰

击和甲板上浪的可能性和引起的破坏（砰击为船体和水之间的

碰撞）。

（2）横摇。大幅横摇引起船舶进水，倾覆，对船舶安全至关重要。（3）液舱晃荡。液舱晃荡对于散货船、油矿组合船(OBO)、液化天然气(LNG)船以及在海上系船站装油的油轮都是一个问题。砰

击载荷影响局部构件强度；影响总体运动；影响总体结构载荷；（4）弯矩，剪力和扭矩

（5）鞭振和弹振。鞭振是由例如砰击等引起的船体梁的瞬态弹性振动。弹振是由波浪引起的定常弹性振动，对大型海轮和大湖型

船只特别重要。

（6）主动减速。主动减速表明船长因严重砰击、甲板上浪或者大的加速度而降低速度。

（7）非主动减速。是因波浪和风增加了船的阻力以及波浪引起推进器效率改变所造成的结果。

6、海洋结构物总体运动常见问题有哪些？

（1）垂荡运动：对于平台钻井作业很重要，因为钻井立管的垂向运动需要被补偿，而运动补偿系统能够补偿多少是有限度的。作为垂向运动标准的例子是垂向运动幅度须小于4米。因此设计出低垂荡运动的结构物是很重要的。(2)横摇：摇运动也是一个可用为评估的重要运动模式。例如起重船的操作（释放，移位）或者用船运输自升式和半潜式平台。(3) 系泊系统设计分析问题，深水中立管和锚链带来的挑战（4）气隙。半潜式，张力腿平台浮体与波浪间垂向相对运动。波浪和平台底侧的气隙计算波面高度，最小气隙（5）多浮体间水动力和运动干扰。在设计油气卸载系统时，需要考虑多浮体间的水动力和机械干扰。（6）涡激诱导运动。在高湍流情况下，海流流经细长的柱体结构，会产生横向的周期性的流载荷，引起结构的振荡，称为涡激振动(V ortex induced vibrations)。对于海洋立管（大跨度细长杆件），

海底管线，单筒式平台(Spar)，深吃水平台，VIV很容易发生，需要考虑其对平台运动，立管疲劳强度的影响。

7、海洋结构物受到的水动力哪两类？

分为粘性水动力载荷与势流水动力载荷。两者对确定海洋结构物上由波浪引起的运动和载荷都很重要。势流中包括围绕结构物的波浪绕射和散射。

8、海洋结构物总体性能分析的工程手段有哪些？

数值计算、模型试验、实尺试验、现场检测

1) 数值计算：随着高速计算机的迅速发展，数值计算在计算船体和海洋结构物的波浪诱导运动和载荷方面扮演着重要角色。数值程序需要经过验证，其准确性和功能取决于水动力学的发展。2)模型试验:把产品推向市场;检验设计;验证理论或数值方法;适用于哪些无法采用理论或数值方法处理的问题;得到经验性的系数（横摇阻尼，流力系数，风力等）;验证海洋工程运输，按照等作业;评估高阶效应;满足客户要求;模型试验缺点:尺度效应：当黏性力起主导作用时，从模型试验的结果可以换算到实尺结果有困难。几何尺度和模型试验的设备也会限制试验的可能性。3) 全尺度试验。造价昂贵，难以在可控条件下操作4) 现场检测。提供了现场海洋环境和结构响应测量的第一手数据，对于指导设计，检验现有设计方法有很大的帮助。

第二章海洋环境

1、微幅平面行进波满足的线性运动学和动力学边界条件表达形

式。

线性运动学条件：

线性动力学条件：

2、 无限水深平面行进波满足的色散关系式。

3、 海洋环境课件（1）中练习1。

矩形水池中流体的谐摇运动

考虑部分充水的一矩形水池，水深为常数虽且等于h ，池宽为2b 。假设在(y,z)平面内有流体的二维运动且水池本身不在移动。 （a ） 证明速度势：

满足Laplace 方程和池底边界条件。

(b)该速度势在池壁上满足边界条件的波数k 是多少？

(c)由自由液面条件证明，当流体可能有流动时，周期（即固有周期）仅能由下式给定：

当h/b 0→时，推导一个近似的公式。

(d) 以时间函数的形式描述在自由液面处的流体运动。 02

=Φ∇-h

z 0==Φ∇当

4、海洋环境课件（1）中练习4中（a）。

假定波谱如图所示

(a)由H1/3和T1的定义，验证a=1.5,b=(32π)-1 。

5、在已知线性入射波速度势的前提下，会推导线性入射波速度和

加速度、线性波动压力的表达式。

（见课件练习2例题）

6、深水和有限水深中线性规则波波浪质点运动轨迹有何特点？

在深水情况下，a=b=，水质点运动轨迹为一个圆，在水面处轨迹半径为波浪振幅，随着质点距水面深度增大，轨迹圆的半径以指数函数形式迅速减小。

7、 了解波浪传播的相速度和群速度含义和计算公式。

=/C k ω为波形传播速度即相速度，波形合成波的波群速度g C 即为群速度=-g dc C C d λλ

，无限水深时=1/2C g C ，对于浅水波==g C C gh 8、 线性理论常被用来模拟不规则海浪并获得统计预测。简述应用

二维线性平面行进波描述不规则的模型。在获得海浪谱后，如何表示离散的规则波波幅？

当前应用数值方法依据非线性波浪理论直接模拟海浪已经取得很大进展。在实践中，线性理论常被用来模拟不规则海浪并获得统计预测。沿x 轴正向传播的长峰不规则波的波面升高可看作大量单元规则波的组合，即：