基于ABAQUS／AQUA的深水导管架平台极值响应分析
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５ 卷 增刊 ２ １ ２１ ０ ０年 ｌ ２月
中
国
造
船
Ｖｏ１ Ｓｐ ｃ ａ ．１ ５ ｅ ｉｌ ２ Ｄｅ ． Ｏ１ ｃ２ ０
Ｓ ＰＢＵＩ ＨＩ ＬＤＩ ＮＧ ＯＦ ＣＨＩ ＮＡ
文 章 编 号 ： １０ —８２２ ）２０ ０ ０４ ８ （０ Ｓ ・０ —６ ０ １ ０ １
使得在某 一虚拟 时刻 ：＂ ，有 ： Ｙ ｌ ｅ
（） ４
Ｚ（ ： Ｏ，ｅ ＝ （ Ｔ ） （ ２） ｏ， ） －
将式 （ ）改写 为状态方 程 的形式 ： ４
（） ５
ｚ（） （ ，） ｒ ＝
（ ） ＋ Ｏ）， Ｋ（ Ｙ＝Ｆ（ ｆ Ｏ ｙ Ｃ（ 】 ＋ Ｏ） ｏ， ）
（） ２
式 中 ，Ｋ，Ｃ ，分别 为 Ｘ１ 的质量 矩 阵、刚度矩 阵和 阻尼矩 阵 。 ｙ， 】 ， 】为 ，维 位移 、速度 与 阶 ７ 厂 厂 ２ 加 速度 向量 ，Ｆ为 维确 定性或 随机激 励 向量 ，Ｏ 为反 映结构与 激励 中 随机 因素 的随机 向量 ，其概率
众 所 周知 ， 构构件 响应参 数 的极值分布 是 多个随机 变量 的函数 ， 果 已知每个变 量的 概率分 布 ， 结 如
则在理 论上 可 以通过 多维 积分求 得抗力 的概 率分布 。但 目前运 用数 学方 法会遇 到较 大 困难 。故采用 模
拟方法 （ Ｍ ｎｅＣ ｒｏ 如 ｏｔ ａｔ 模拟法） 来推出抗力的概率分布函数 。为此构造虚拟随机 Ｚ 过程脚，即 （） ｚ ＝ Ｏ，） （） （
应 用 ，Ａ Ａ Ｕ ／ ｑ ａ 拓展 了 Ａ Ａ ｕ ／ ｔ ｎ ａ ｄ在海 洋工 程 中的应用 。本 文运用 Ａ Ａ Ｕ ／ Ｑ Ａ对 导管 Ｂ ＱＳＡ ｕ ＢＱ ｓｓ ａｄｒ ＢＱ ＳＡＵ 架平 台在 １ ４种海况下 逐一 做 了动 力 响应分 析 ，并且对 这些 极值作 了概率 统计 分析 ，通过 比较验证 确
密度函数 Ｐ （ ） 。 已知。 若 为上述结构动力系统的动力响应或响应指标 Ｙ ｔ的极值， （ ） 它决定于Ｏ ， Ｏ可用下式给出： 且 ＝Ｏ ｆ ｔ （ ＝ｗ（ Ｔ ｅ １ ｘ －Ｙ ） ｏ， ） ７ 这里 ｅ ｔ （ ）为时变过程 ｘｌ ・ 在时间区间［， ］ ＯＴ 内的极值。 （） ３
基 于 Ａ Ａ ＵＳＡ Ｕ 的深水导 管架平 台极值 Ｂ Ｑ ／Ｑ Ａ 响 应 分析
杨 江辉 ，丁文斌，周 凯
（ 海洋石油工程股份有 限公 司 海洋 工程技术 中心 ，天津 ３ ０５ ） ０４１
摘
要
应用Ａ Ａ Ｕ ／ ＱＡ Ｂ Ｑ Ｓ Ａ Ｕ 在对大水 深导管架平 台做动力分析的基础 上，计算 了不同海况 下平 台响应的极值 ，并 从统计学 的角度对这些极值作 了概率统计分析 ，通过 比较验证，确定 了适合于平 台危险点极 值的分布 类型 和分布 函数 ，找 出海况变化对一确定的平 台的影响规律 ，为工程上平 台随机 振动的极值 响应分析 求解提供
定 了适 合 于平 台危险 点极值 的分布类 型和 分布 函数 ，找 出响应极值 变化 的规 律 ，这在 工程设 计 中是 非
常有价 值 的…。
ｌ 基 本 理 论 和 方法
１ １波浪 力计 算 ．
计算 小尺度 孤立桩 柱上 的波浪 力 的方法 首先 由莫里森 提 出 ，但是对 于深 水导 管架平 台而 言，由于
导管架部 分是一 个无 限 自由度 的连 续体 ，且 结构是 由细长 杆件 构成 ，考虑 到实 际结构 理想化 以后 ，波 浪和 结构之 间相 对运动 的力 都集 中作用在 质 点 （ 质量 堆聚 点 ）上 ，因此 要对 莫里森方 程进行 修 正Ｉ才 ２ Ｊ
能应用 。 首先假 定 ，波浪力 随水 深减 小的变化 呈 台阶性 ，以质 点 （ 点 ）相邻 节 问的中点之 间 的整 个区段 结 为一 台阶 ；其次 ，作 用于每 杆件 上 的波 浪力 ，邻近 杆件 并不 干扰 流体运 动 ，采用 未扰动 流体速度 计算
借鉴。
关 键 词： 导管架平台；动力分析；极值；分布函数
０ 引 言
随着我 国能源 需求 的不 断增加 ，浅水 海 区勘探技 术 的不断 成熟 ，浅水勘 探面 积 的不断缩 小 ，我 国 海上 油气开 发逐步 由浅水 迈 向了深水 ， 由此推动 了深 水导 管架平 台技 术 的快 速发展 。 随着水深 的增加 ， 平 台动 力特性 较 为显著 ，需要对 平 台做动 力分析 ，在 此基础 上 ，对 平 台在各 种海 况下 的响应 极值和位 移进行概 率统 计分 析 ，获取 其分 布 函数 ，以便进 一步 指导平 台 的设计 。 ＡＡ Ｕ Ｂ Ｑ Ｓ中 的海 工模 块 Ａ Ｕ Ｑ Ａ是 用来模 拟海 洋工程 结构 在波 浪 、海 流 、风荷载 等作用 下结 构响应 的 ，由美 孚石 油公 司和 Ａ Ａ Ｕ Ｂ Ｑ Ｓ公司合 作 开发 ，该模块 的一 系列功 能可 以 附加 在 Ａ Ａ Ｕ ／ ｔ ｎ ａ ｄ上 ＢＱ ＳＳ ａｄｒ
是半杆的投影长度，下标 ，Ｊ 代表与第 自由度相连 Ｊ根杆， 是海水密度； 和 分别
、 、 支分 别为结 构的位 移 、速 度 、加 速度 。
１ ２ 结构随 机响应极 值分 布理论 ．
对 大型 复杂结构 的导 管架平 台 ，可 以通过 离散化 来处理 多 自由度 系统运 动方程 ：
波浪力 。作用 于某质 点上 的波浪 力是 实际 结构与该 质 点有关 的区段 内所有 杆件 力 ：
２
学 术 论速 度 ，
孕Ｌ＋ｐ Ｄ￣ 扩Ｉ１ ｊ ． ｉ ，０ＺＤ 一 （ ｕ ５ＣＬ ￣ ／ ｊ ｉ 毫 ）
是杆 的外
假定式 （ ）中 Ｃ １ Ｄ， Ｃ 值对 所有杆 件都相 同，分 别为拖 曳力 系数和 惯性 力系数 ；
中
国
造
船
Ｖｏ１ Ｓｐ ｃ ａ ．１ ５ ｅ ｉｌ ２ Ｄｅ ． Ｏ１ ｃ２ ０
Ｓ ＰＢＵＩ ＨＩ ＬＤＩ ＮＧ ＯＦ ＣＨＩ ＮＡ
文 章 编 号 ： １０ —８２２ ）２０ ０ ０４ ８ （０ Ｓ ・０ —６ ０ １ ０ １
使得在某 一虚拟 时刻 ：＂ ，有 ： Ｙ ｌ ｅ
（） ４
Ｚ（ ： Ｏ，ｅ ＝ （ Ｔ ） （ ２） ｏ， ） －
将式 （ ）改写 为状态方 程 的形式 ： ４
（） ５
ｚ（） （ ，） ｒ ＝
（ ） ＋ Ｏ）， Ｋ（ Ｙ＝Ｆ（ ｆ Ｏ ｙ Ｃ（ 】 ＋ Ｏ） ｏ， ）
（） ２
式 中 ，Ｋ，Ｃ ，分别 为 Ｘ１ 的质量 矩 阵、刚度矩 阵和 阻尼矩 阵 。 ｙ， 】 ， 】为 ，维 位移 、速度 与 阶 ７ 厂 厂 ２ 加 速度 向量 ，Ｆ为 维确 定性或 随机激 励 向量 ，Ｏ 为反 映结构与 激励 中 随机 因素 的随机 向量 ，其概率
众 所 周知 ， 构构件 响应参 数 的极值分布 是 多个随机 变量 的函数 ， 果 已知每个变 量的 概率分 布 ， 结 如
则在理 论上 可 以通过 多维 积分求 得抗力 的概 率分布 。但 目前运 用数 学方 法会遇 到较 大 困难 。故采用 模
拟方法 （ Ｍ ｎｅＣ ｒｏ 如 ｏｔ ａｔ 模拟法） 来推出抗力的概率分布函数 。为此构造虚拟随机 Ｚ 过程脚，即 （） ｚ ＝ Ｏ，） （） （
应 用 ，Ａ Ａ Ｕ ／ ｑ ａ 拓展 了 Ａ Ａ ｕ ／ ｔ ｎ ａ ｄ在海 洋工 程 中的应用 。本 文运用 Ａ Ａ Ｕ ／ Ｑ Ａ对 导管 Ｂ ＱＳＡ ｕ ＢＱ ｓｓ ａｄｒ ＢＱ ＳＡＵ 架平 台在 １ ４种海况下 逐一 做 了动 力 响应分 析 ，并且对 这些 极值作 了概率 统计 分析 ，通过 比较验证 确
密度函数 Ｐ （ ） 。 已知。 若 为上述结构动力系统的动力响应或响应指标 Ｙ ｔ的极值， （ ） 它决定于Ｏ ， Ｏ可用下式给出： 且 ＝Ｏ ｆ ｔ （ ＝ｗ（ Ｔ ｅ １ ｘ －Ｙ ） ｏ， ） ７ 这里 ｅ ｔ （ ）为时变过程 ｘｌ ・ 在时间区间［， ］ ＯＴ 内的极值。 （） ３
基 于 Ａ Ａ ＵＳＡ Ｕ 的深水导 管架平 台极值 Ｂ Ｑ ／Ｑ Ａ 响 应 分析
杨 江辉 ，丁文斌，周 凯
（ 海洋石油工程股份有 限公 司 海洋 工程技术 中心 ，天津 ３ ０５ ） ０４１
摘
要
应用Ａ Ａ Ｕ ／ ＱＡ Ｂ Ｑ Ｓ Ａ Ｕ 在对大水 深导管架平 台做动力分析的基础 上，计算 了不同海况 下平 台响应的极值 ，并 从统计学 的角度对这些极值作 了概率统计分析 ，通过 比较验证，确定 了适合于平 台危险点极 值的分布 类型 和分布 函数 ，找 出海况变化对一确定的平 台的影响规律 ，为工程上平 台随机 振动的极值 响应分析 求解提供
定 了适 合 于平 台危险 点极值 的分布类 型和 分布 函数 ，找 出响应极值 变化 的规 律 ，这在 工程设 计 中是 非
常有价 值 的…。
ｌ 基 本 理 论 和 方法
１ １波浪 力计 算 ．
计算 小尺度 孤立桩 柱上 的波浪 力 的方法 首先 由莫里森 提 出 ，但是对 于深 水导 管架平 台而 言，由于
导管架部 分是一 个无 限 自由度 的连 续体 ，且 结构是 由细长 杆件 构成 ，考虑 到实 际结构 理想化 以后 ，波 浪和 结构之 间相 对运动 的力 都集 中作用在 质 点 （ 质量 堆聚 点 ）上 ，因此 要对 莫里森方 程进行 修 正Ｉ才 ２ Ｊ
能应用 。 首先假 定 ，波浪力 随水 深减 小的变化 呈 台阶性 ，以质 点 （ 点 ）相邻 节 问的中点之 间 的整 个区段 结 为一 台阶 ；其次 ，作 用于每 杆件 上 的波 浪力 ，邻近 杆件 并不 干扰 流体运 动 ，采用 未扰动 流体速度 计算
借鉴。
关 键 词： 导管架平台；动力分析；极值；分布函数
０ 引 言
随着我 国能源 需求 的不 断增加 ，浅水 海 区勘探技 术 的不断 成熟 ，浅水勘 探面 积 的不断缩 小 ，我 国 海上 油气开 发逐步 由浅水 迈 向了深水 ， 由此推动 了深 水导 管架平 台技 术 的快 速发展 。 随着水深 的增加 ， 平 台动 力特性 较 为显著 ，需要对 平 台做动 力分析 ，在 此基础 上 ，对 平 台在各 种海 况下 的响应 极值和位 移进行概 率统 计分 析 ，获取 其分 布 函数 ，以便进 一步 指导平 台 的设计 。 ＡＡ Ｕ Ｂ Ｑ Ｓ中 的海 工模 块 Ａ Ｕ Ｑ Ａ是 用来模 拟海 洋工程 结构 在波 浪 、海 流 、风荷载 等作用 下结 构响应 的 ，由美 孚石 油公 司和 Ａ Ａ Ｕ Ｂ Ｑ Ｓ公司合 作 开发 ，该模块 的一 系列功 能可 以 附加 在 Ａ Ａ Ｕ ／ ｔ ｎ ａ ｄ上 ＢＱ ＳＳ ａｄｒ
是半杆的投影长度，下标 ，Ｊ 代表与第 自由度相连 Ｊ根杆， 是海水密度； 和 分别
、 、 支分 别为结 构的位 移 、速 度 、加 速度 。
１ ２ 结构随 机响应极 值分 布理论 ．
对 大型 复杂结构 的导 管架平 台 ，可 以通过 离散化 来处理 多 自由度 系统运 动方程 ：
波浪力 。作用 于某质 点上 的波浪 力是 实际 结构与该 质 点有关 的区段 内所有 杆件 力 ：
２
学 术 论速 度 ，
孕Ｌ＋ｐ Ｄ￣ 扩Ｉ１ ｊ ． ｉ ，０ＺＤ 一 （ ｕ ５ＣＬ ￣ ／ ｊ ｉ 毫 ）
是杆 的外
假定式 （ ）中 Ｃ １ Ｄ， Ｃ 值对 所有杆 件都相 同，分 别为拖 曳力 系数和 惯性 力系数 ；