基于ANSYS软件实现Spar平台的波浪载荷动力分析.pdf

1、分类号：UDC：密级：编号：工学硕士学位论文I|I j|I I|I!J I _ i l Y 14 3 8 0 2 8基于A N S Y S 软件实现S p a r 平台的波浪载荷动力分析硕士研究生：指导教师：学位级别：学科、专业：所在单位：论文提交日期：论文答辩日期：学位授予单位：于海龙陈树华教授工学硕士结构工程建筑工程学院2 0 0 8 年0 5 月2 0 0 8 年0 6 月哈尔滨工程大学哈尔滨丁程大学硕士学位论文摘要随着陆上和近海油气资源的日渐枯竭，为了满足日益增长的能源需求，深海油气的开发已成为必然趋势。而伴随着人类进军深海的脚步口益加快，各种类型适应深海开发的海洋平台层出不穷，但从长

2、远看来，系泊浮式采油平台是未来深海开发的重点和主体。以S p a r 平台和张力腿平台为代表的新型采油平台，还在不断地采用突破性的新技术，正朝着更大水深、更好经济性、更强适应性的方向飞速发展。但是随着水深的增加，海洋环境变得越来越复杂，使得人们对海洋结构物的结构和性能提出了更高的要求，也对工程和科学界提出了更高的挑战。本文运用A N S Y S 有限元模拟软件，并采用P S D 随机振动模拟方法，以一座位于墨西哥湾一世界上第一座T r u s sS p a r 平台N a n s e nS p a r 平台为模型，在随机波浪载荷(J O N S W A P 波浪谱)作用下，进行平台的动力响应数

3、值模拟研究。论文设置了两种不同的计算方法进行对比，包括模态法和P S D 随机振动法。并且在P S D 随机振动法模拟中采取了两种不同频率的随机波浪谱进行动力响应模拟。结果表明：在进行模态分析时，S p a r 平台的振动是从桁架上部的重心位置向上部和下部开始振动，平台的纵荡、横荡、垂荡都比较剧烈。其中对平台影响最大的为平台的垂荡运动；在不发生共振的频率范围内时，S p a r 平台在随机波浪载荷作用下的动力响应与波浪能量的频率范围是相同的。其中，S p a r 平台的Y 方向的位移响应、速度响应和加速度响应是最大的；摇摆响应是绕X 轴的为最大；而对于不同的部位的动力响应值，则是平台的简体(即

4、重心附近)为最低；平台的垂荡板的Y 方向的动力响应为最大。在发生共振的频率范围内时，S p a r 平台的位移响应的共振峰值要比波浪载荷作用的峰值要大，摇摆响应则要大的多；而速度响应则只有稍许波动，加速度响应影响不大；虽然S p a r 平台的吃水深度很深，重心很低，然而其在低频区域的慢漂影响不容忽视。关键词：S p a r 平台；随机振动；动力响应；J O N S W A P 波浪谱哈尔滨下程大学硕十学位论文A BS T R A C TW i t ht h eg r a d u a ld e p l e t i o no fo i la n dg a sr e s o u r c e so

5、n s h o r ea n do f f s h o r e，t h ed e e p s e ao i la n dg a sd e v e l o p m e n th a sb e c o m ea l li n e v i t a b l e t r e n dt om e e tt h e g r o w i n gd e m a n df o re n e r g y A n da c c o m p a n i e db yh u m a nb e i n g Ss p e e d i n gu po ft h ep a c et o w a r d st h ed e e p

6、s e a，a l lt y p e so fm a r i n ep l a t f o r m so ft h ed e e ps e ae m e r g e B u ti nt h el o n gr u n，t h em o o r i n go ff l o a t i n go i lp r o d u c t i o np l a t f o r mi st h et h em a i nf o c u so ft h ef u t u r ed e v e l o p m e n t S p a rp l a t f o r ma n dT e n s i o nl e gp

7、 l a t f o r ma r et h er e p r e s e n t a t i v e so ft h en e wo i lp r o d u c t i o np l a t f o r m s T h e ya r es t i l lc o n t i n u i n gt oa p p l yt h en e wt e c h n o l o g ya n dt h e ya r em o v i n gt o w a r d sg r e a t e rd e p t h，b e t t e re c o n o m y，m o r ea d a p t i v e

8、i nt h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ep l a t f o r m s H o w e v e r，w i t ht h ei n c r e a s i n go ft h ed e p t ho ft h ew a t e r,t h em a r i n ee n v i r o n m e n th a sb e c o m em o r ec o m p l e x T h i sr e s u l t si nah i g h e rd e m a n do ft h es t r u c t u r ea n dp e r

9、f o r m a n c eo ft h em a r i n es t r u c t u r e，w h i c hi sah i g h e rc h a l l e n g et ot h ep r o j e c ta n dt h es c i e n t i f i cf i e l d s T h i sp a p e rh a se m p l o y e dt h eA N S Y Ss i m u l a t i o ns o f t w a r ea n da d o p t e dt h em e t h o d so ft h eP S Dw i t ht h e

10、v i b r a t i o ns i m u l a t i o n T h i st h e s i su s e st h ew o r l d Sf i r s tT r u s sS p a rp l a t f o r m N a n s e nS p a rp l a t f o r mw h i c hl o c a t e r di nt h eG u l fo fM e x i c oa sam o d e l T h i sp a p e rd o e st h eD y n a m i cR e s p o n s eS i m u l a t i o nR e s

11、e a r c hu n d e rt h ei n f l u e n c eo ft h er a n d o mw a v el o a d(J O N S W A Pw a v es p e c t r u m)T w od i f f e r e n tc a l c u l a t i o nm e t h o d sw e r ec o m p a r e di nt h i sp a p e r i n c l u d i n gt h em o d em e t h o da n dv i b r a t i o nw i t ht h eP S Dm e t h o d T

12、 h i sp a p e rh a st a k e nt w od i f f e r e n tf r e q u e n c yo fr a n d o mw a v es p e c t r u md y n a m i cr e s p o n s es i m u l a t i o nw i t ht h eP S Da n dv i b r a t i o ns i m u l a t i o n T h er e s u l t ss h o wt h a t：t h ev i b r a t i o no ft h eS p a rp l a t f o r mi sf

13、r o mt h et h ec e n t e rt ot h eu p p e ra n dt h el o w e rp a r to ft h et r u s si nm o d a la n a l y s i s T h ep i t c h i n g，r o l l i n ga n dh e a v i n go ft h ep l a t f o r ma r ea l lv e r yi n t e n s e O n eo ft h em o s ti n f l u e n t i a lm o v e m e n ti st h eh e a v i n gm o

14、 v e m e n t T h ed y n a m i cr e s p o n s eo f哈尔滨T 程大学硕十学位论文t h eS p a rp l a t f o r mi nt h er a n d o mw a v el o a da n dt h ef r e q u e n c yo ft h ew a v ee n e r g ya r et h es a m ei nt h en o r e s o n a n c ef r e q u e n c yr a n g e A m o n gw h i c ht h es p e e do fr e s p o n s e，

15、a c c e l e r a t i o nr e s p o n s ea n dt h ed i s p l a c e m e n tr e s p o n s eo ft h eYd i r e c t i o no fS p a rp l a t f o r mi st h el a r g e s t T h er e s p o n s et os w i n ga r o u n dt h eX a x i si st h el a r g e s t，a n df o rd i f f e r e n tp a r t so ft h ed y n a m i cr e s

16、 p o n s eo fv a l u e s，t h ec y l i n d e r(n e a rt h ec e n t e ro fg r a v i t y)o ft h ep l a t f o r mi st h el o w e s t T h eYd i r e c t i o no ft h eb o a r do ft h ed y n a m i cr e s p o n s ei st h el a r g e s t W i t hi nt h er e s o n a n c ef r e q u e n c yr a n g e，t h er e s o n a n c ep e a ko ft h er e s p o n s eo ft h ed i s p l a c e m e n to ft h eS p a rp l a t f o r mi sb i g g e rt h a nt h et h ep e a ko ft h ew a v e T h es w i n gw i l lb ev e r ys t r o n ga n d