多因素下张力腿平台耦合动力响应特性研究

０ ０
其中，
＝ ： ， ， Ｍ 为浮体 重量 ， ＝ ＝ ｏ ｏ ０ ０
０ ０ ０ ０ ０
Ｏ
＝
，
＝
，
：
， ， ， 分别 为
０ ０
０
， Ｙ， ｚ 向回转 半径 。 方 １ 刚度 矩阵 的确 定 ． ３
动力 响应 的基本 分析 方法 。于 皓等 【ｊ 讨 了平 台在低 频和 高 频波 浪荷 载 下 的运 动 响应 。邹 康等 ［－］ ｌ探 ０ １１在 １２ 中国船 舶 科学 研 究 中心 耐波 性 水池 中对 单 立 柱张 力 腿平 台（Ｃ Ｌ ） 系 泊状 态 下 的运 动特 性 以及 张力 Ｓ Ｔ Ｐ在 筋键 的受 力状 况进 行 了试验 研 究 。 迄 今 尚未 见 国 内外 对 于 多 因素 影 响下 Ｔ Ｐ动 力 响应 特 性 的相 关研 究 。本文 在考 虑 立 管 、张 力腿 Ｌ
三角 形和 四边形 Ｔ Ｐ Ｌ 耦合 响应 进 行 比较 。中科 院力 学所 刘玉 标 等 【 用ＷＡＭＩ软 件 ，计算 了某 多 柱式 ６ 】 利 Ｔ 张力 腿平 台的艏摇 幅值 及水 平 方 向响应 的极 大值 。曾晓 辉等 ［８ 出张力 腿平 台在 规则波 中发生有 限振 ７］ －提 幅运 动 时 ，平 台所 受荷 载不 仅 与波 浪场 有 关 ，还 与平 台瞬 时 响应有 关 ，是 响应 的非 线性 函数 ，建 议 分 析Ｔ Ｐ 力 时需考 虑瞬 时速 度 、加速 度和 位移 。余建 星等 【介绍 了张 力腿 平 台的基 本结 构 、运动特 点及 Ｌ受 ９ ］
多因素下 张力腿平 台耦合 动力响应特性研 究
谷 家扬 一 ， ，杨建民 ，吕海宁
（． １ 上海交通大学 海洋工程 国家重点实验 室，上 海 ２ ０４ ； ０ ２ ０ ２江苏科技 大学 船 舶与海洋工程 学院 ，镇江 ２ ２ ０ ） ． １ ０ ３
摘
要
考 虑立管、张力腿及平 台本体 的非线性耦合 ，建立六 自由度 的振 动微分方程 。 导 了方程 中的质量矩 阵、 推 耦合刚度矩 阵、 阻尼矩阵及波浪荷载 的计算公 式。采用微元法对立柱和浮筒进行 离散 ，求得方程数值解 。比 较分析 了四种工况下张力腿平 台的耦合动力响应 、张力腿及立管 张力 的变化 ，揭 示 了波浪周期 、波高 、浪 向 角、预张力 、工作水深等多 因素对 张力腿平 台运 动响应 的影响 。
似于 刚性 。 一 近年 来 张力腿 平 台结构 的动力分 析 方法 引起 了国 内外 较 多学者 的研 究 兴趣 ］Ａ． Ｊｉ［采用 一 阶 之。 Ｋ． ｎ３ ａ １ 波浪 力分 析 了张力 腿平 台 （ Ｌ ）的动 态 响应 。ｓＣ ａ ｄａｅ ａａ ４】 用 相 同的理 论 ，通 过数 值计 算对 ＴＰ ．ｈ ｎ ｒｓｋ ｒｎ【 采
５卷 ３
第 ３期 （ 第 ２２期 ） 总 ０
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国
造
船
、 １ ３ Ｎｏ ３ （ ｅ ａ ． ０ ，． ｏ５ ． Ｓｆ １ ｉ Ｎｏ ２ ２）
Ｓ ｐ． ０１ ｅ ２ ２
２１ ０ ２年 ９ 月
Ｓ Ｉ Ｂ ＵＩ Ｉ Ｆ ＣＨＩ Ａ Ｈ Ｐ ＬＤ ＮＧ Ｏ Ｎ
文 章 编 号 ： １０ ．８ ２ （ ０ ２ ３０２ ．１ ０ ０４ ８ ２ １ ）０ 。１９１
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假 设 Ｔ Ｐ模型 有 ８根张 力腿 ，坐标 为 Ｌ
［Ｐ， ２，Ｐ ，１，Ｐ ￣Ｐ ）（ ｌ Ｐ ） （ ， ） （ｐ ， ） （Ｐ ， １ （Ｐ ， （ 。 ） （２Ｐ ）（ ２ １，Ｐ￣ ２ ， Ｐ － － 一 一 ， ２一 ， ２Ｐ） 一 ）ｏ － 一 Ｐ
４根等 效 刚度立 管 的坐标 为 ：［ｇ，： ， ｌ ｑ）（ｇ，ｇ） （ｇ， ］ （ ）（ ， ： ， ， 一 ） 。 ｑ ｑ－ 一 一 ｇ 刚度 矩 阵 表示 为 ：
论
１ Ｔ Ｐ运 动方程 ． １ Ｌ
张 力腿平 台在 波浪 中 的运 动微 分方 程如 下 ：
ＭＸ＋Ｃ ＋ Ｘ ＝Ｆ（ Ｘ， ｆ Ｘ ｘ， ｘ， ） （） １
式 中 为质 量矩 阵 ， Ｃ为阻尼矩 阵， 眉为 刚度矩 阵 ， ｔ 时 间， Ｘ 为平 台位 移 向量 ，， 为平 台所 受波 为
浪力。
１ 质 量矩 阵 的确 定 ． ２
０ ０ ０ Ｏ ０
蜀 ０
０
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０
Ｏ ０
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０ ０ ０ ０
Ｍ ＝
Ｏ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０
０ ０ ｏ ０ ０ ｏ ０ Ｏ ０ ０
及平 台本 体非 线 性耦 合 的基础 上 ，编制 程 序 并对 多 工 况下 Ｔ Ｐ 的运动 响应 、张 力腿 和 立 管 的张 力进 Ｌ
行 了数 值 求解 。着重 比较 分析 了浪 向角 、波 高 、波 浪 周期 、预张 力 、水 深 等 多种 因素对 Ｔ Ｐ动 力特 Ｌ
性 的影 响 。
关 键 词 ：张力腿平台；非线性；耦合响应；浪向角
中图分 类号 ：Ｕ ６． ６１３ ４
文 献标 识码 ：Ａ
０ 引 言
张力 腿平 台是一 种用 于 深海 油气 开 发 的浮式 结 构 ，它通 过 张力 腿 固定在 海床 上 。张 力腿 平 台 的锚
固系 统一 般 由四根 或多 根张 力腿 组 成 ，每根 张 力腿 由多股钢 缆 固定 在 结构底 部 ，具 有一 定预 张力 。平 台结构 的浮 力大 于 自重 ，张 力腿 时刻处 于 受拉状 态 。预 张 力使 平 台的横 摇 、纵 摇和 垂荡 响应 较 小 ，近
收稿 日期 ：２ １—２０ ；修 改稿 收稿 日期 ：２ １—７１ ０２０．３ ０２０ ．５ 基 金项 目： 国家 自然科 学基 金 资助项 目（００ ０９； 中海油 ． 海交 大深 水工 程技 术研 究 中心课 题 资助项 目 ４９ ６４ ） 上
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学术论 文
１ 理