大型自升式平台浅吃水状态的水动力分析

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自升式钻井平台是一种常见的海洋石油资源开采装备。在部分工况下,平台的吃水较小,自由水面的波动对湿表面面积和动水压强的影响较大,此时作用在自升式平台上的非线性波浪作用力不可忽视,在对平台进行水动力分析时,考虑二阶力波浪作用是非常重要的。本文基于势流理论,利用高阶边界元方法求解平台周围流场的速度势及速度势导数,在频域内通过物面压力积分得到规则波浪对自升式平台的一阶激振力和二阶倍频力等波浪力组成成分。建立了漂浮压载状态的自升式平台边界元离散网格,通过网格的收敛性分析验证了离散网格在计算一阶波浪力和二阶波浪力时的准确性。时域内波浪力的计算,利用Cummins提出的由频域转换到时域的方法,首先利用线性传递函数和平方传递函数经过傅里叶逆变换得到广义波浪力的脉冲响应函数,时域内的波浪力可通过广义波浪力的脉冲响应函数与波面高度的卷积求得。最后,通过傅立叶变换得到时域下的附加质量和迟滞函数后,利用四阶Runge-Kutta方法求解结构的时域运动方程,得到自升式平台的运动响应时程曲线。基于时域水动力分析结果,通过定量分析,本文还对比研究了不同波浪频率条件下,考虑二阶波浪作用和不考虑二阶波浪作用时对漂浮压载状态的自升式平台波浪力的数值模拟计算结果差异。结果显示,各波浪入射频率下,水平方向二阶波浪力对总波浪力的计算结果影响较大,漂浮压载状态下,不考虑二阶波浪作用最大可能使水平波浪力幅值数值计算结果同时考虑一阶和二阶作用时减小41.5%。而相对于水平方向,考虑二阶波浪作用对垂向波浪力的计算结果影响较小。
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