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)J OURNAL OF SOUTHEA ST UN I VERS I TY (Natural S ci en ce E d iti on) V o.l 39Sup(II)No v .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(TLP)的动力响应性能,对一典型传统式TLP 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 -M 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TLP 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:TV13912+6 文献标识码:A 文章编号:1001-0505(2009)增刊(II)-0304-07

Dyna m ic res ponse analysis of TLP based on AQ WA

Y an G ongw ei 1 O u Ji n p i n g 1,2

(1Schoo l of C i v il Eng i neeri ng ,Harb i n In stitute of Techno l ogy,H arb i n 150090,C h i na)

(2Facu lt y of In frastructure Eng i neeri ng,D ali an U n i versity o f T echno l ogy ,D alian 116024,C h i na)

Abst ract :A c l a ssica l tensi o n leg platfor m (TLP)is g loba ll y desi g ned i n o r der to study t h e dyna m ic response o f TLP i n ex tre m e o ffsho re env ironm en.t The theo ries of po ten tial flow and d iffracti o n /rad iation are used to calcu l a te t h e w ave loads o f TLP i n hydrodyna m ic ca lcu l a ti o n so ft w are AQW A.The random w av e loads ,w ind load s and current l o ads are considered to analyze the dyna m ic response o f a conventi o na lTLP in ex tre m e o ffsho re env ir onm en,t and the RAO s(response a m p litude operato r)of surge ,s w ay ,heave ,ro l,l p itch and ya w are o btained under severa l different directions of w ave .The dyna m ic respon ses o f tendon and p latfo r m are a lso obta i n ed con si d eri n g the effects o f P -M ocean w ave spectra in ex tre m e o ffsho re env ironm en.t The results show t h at change s o f w av e d irections hav e no effect on the RAO s o f heave ,but t h ey hav e obv i o us effect on the m ove m ent a m p litude o f o t h er fi v e directi o ns ;t h e add itiona l stiffness fr om tendons to platfor m has obv i o us effect on t h e RAO s o f ro l,l pitch and heave ,and it has obv i o us restriction on t h e surg e ,s w ay and ya w o f p latfo r m ;t h e dyna m ic response o f p latfo r m is m a i n ly caused by w ave l o ads ;tendons have larg e a m p litude m o tions caused by t h e reaction o f the m o tion o f platfor m and the effects of env ironm en tal l o ads .I n a w ard ,TLP can be kept a w ay fro m w ave frequencies o f concentra ted energy depend i n g on the restricti o n o f tendon s ;therefo re TLP can have excellent perfo r m ance o f ro l,l pitch and heave ,but the safety and perfo r m ance o f tendon becom esm a i n target o f TLP .

K ey w ords :tensi o n l e g platfo r m ;AQW A;response a m p litude operato r ;dyna m ic response ;

num erical si m u l a ti o n;ex tre m e offsho re env ir onm ent

收稿日期:2009-11-27. 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,

ou ji np i ng @d l u.t .

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(2006AA09A 103,2006AA 09A104).自1984年第一座实用化张力腿平台H utton TLP 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.