Truss Spar平臺非線性隨機運動響應特性研究.pdf

1、Spar平臺自從問世以來憑借其優(yōu)良的運動性能和較低的成本就成為深海石油開采的重要平臺結構形式之一，其動力響應特性和穩(wěn)定性問題是Spar平臺設計的主要考慮因素。本文針對Truss Spar平臺在隨機波浪作用下的垂蕩-縱搖耦合運動特性以及垂蕩板的水動力性能進行了研究，主要的工作和結論如下：
　　（1）綜述了有關Spar平臺各個方面的研究成果和進展，指出了本文的研究內容和目標，為后面的研究指明了方向。
　?。?）根據繞射理論，推導

2、了作用在平臺主體的波浪載荷，得到了平臺主體結構上隨機波浪力與海浪譜之間的傳遞函數，以及垂蕩板上的波浪力與海浪譜之間的傳遞函數。根據Longuet-Higgins隨機波浪模型，通過線性波浪疊加的方法數值模擬了作用在Truss Spar平臺上的隨機波浪載荷。
　?。?）考慮瞬時排水體積、初穩(wěn)性高和波面升高的影響，建立了垂蕩與縱搖耦合數值計算模型，研究了垂蕩與縱搖耦合作用時的Truss Spar平臺的隨機動力響應。研究結果表明：當波浪特

3、征頻率接近Truss Spar平臺垂蕩固有頻率或者垂蕩與縱搖固有頻率之和時，并且在一定的波高條件下，隨機參強聯(lián)合激勵會造成平臺產生大幅縱搖運動，發(fā)生垂蕩與縱搖參強耦合運動。由于非線性參數激勵項的存在，縱搖運動不再是強迫振動，而為1/2亞諧運動。當僅增加垂蕩運動阻尼或縱搖運動阻尼時，縱搖自由度的運動都會降低。僅改變縱搖阻尼時，垂蕩運動的幅值隨著縱搖阻尼的增加逐漸增大，即增大縱搖阻尼會阻止垂蕩運動模態(tài)的能量向縱搖轉移，削弱了垂蕩與縱搖之間的

4、耦合作用。聯(lián)合增加垂蕩阻尼和縱搖阻尼是抑制縱搖不穩(wěn)定現(xiàn)象發(fā)生的最有效手段，因此在設計Truss Spar平臺時，要合理的選取垂蕩板的數量和結構形式，合理布置螺旋側板的螺距以及間距等。
　?。?）運用隨機動力學理論對Truss Spar平臺的縱搖運動進行了研究。采用隨機平均法，得到了完全平均的伊藤隨機微分方程，求解與之相對應的FPK方程，得出縱搖角的邊緣概率密度函數和穩(wěn)態(tài)聯(lián)合概率密度函數，計算結果表明：隨著有效波高的增大，較大的縱搖

5、幅值出現(xiàn)的概率也逐漸增大；隨著阻尼系數的增加，出現(xiàn)較大的縱搖幅值的概率逐漸降低。
　?。?）研究了Truss Spar平臺與系泊纜繩組成的整體在隨機波浪作用下的動力響應問題。計算結果表明：考慮系泊系統(tǒng)后，有效地降低了平臺的垂蕩運動幅值，即使有效波高較大時，縱搖運動的幅值也大大降低，有效抑制了平臺發(fā)生大幅縱搖運動。隨著有效波高的增加，縱搖頻譜圖中的1倍波浪特征頻率的成分逐漸減小，逐步變?yōu)?/2倍的波浪特征頻率，即縱搖運動的固有頻率。