深海经典Spar平台内共振机理分析

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本文针对深海经典Spar平台的内共振机理进行了详细分析。深海经典Spar平台是适用于深海油气资源开采的一种平台结构。深海Spar平台所拥有良好的运动响应稳定性是其受现今海洋油气资源开发商的青睐重要因素。但任何事物都有其两面性。当深海经典Spar平台在其垂荡固有频率与纵摇固有频率呈现为2:1比例时,在极端海况下的长周期波浪激励能量的作用下,会出现危害深海经典Spar平台安全运动响应的情况。因此,对深海经典Spar平台内共振机理的研究可以有效的为深海经典Spar平台的设计和实际应用提供指导依据,具有一定的工程实践意义。本文的主要工作和应用方法总结如下:1、介绍了深海经典Spar平台的历史大背景及其自身的发展历程。总结了国内外相关学者对深海经典Spar平台内共振研究的进展。从而提出了本文研究的方向;2、在建立了深海经典Spar平台六自由度运动方程的基础上,通过多尺度法对深海经典Spar平台的内共振方程和马休稳定性问题进行了求解,从而得出了垂荡、纵摇运动响应的一阶定常近似解。提出了:在深海经典Spar平台垂荡固有频率的一半与纵摇固有频率近似相等的时候,在一定波浪激励能量的作用下,深海Spar平台会发生内共振响应,Spar平台的垂荡幅值会大幅增加。当深海经典Spar平台的垂荡幅值达到饱和的情况下,多余的波浪激励能量会向纵摇传递,从而引起纵摇运动响应幅值的大幅度增加,从而产生了马休不稳定现象。3、以某一实际平台为例对深海经典Spar平台内共振和马休不稳定性的理论分析进行数值验证。从而相互印证了发生深海经典Spar平台内共振的机理。得出如下结论:在Spar平台的垂荡固有频率的一半与纵摇固有频率相等时,在与Spar平台垂荡固有频率相等的波浪激励能量作用下,Spar平台可能发生内共振运动响应。这时当波浪激励能量的幅值达到一定程度时,深海经典Spar平台的内共振运动响应现象会发生。垂荡运动响应首先达到饱和状态从而多余的波浪激励能量向纵摇运动响应传递。深海经典Spar平台发生了马休不稳定现象。4、针对深海经典Spar平台的内共振机理分析,从增加系泊系统和添加垂荡板两个方面对Spar平台的内共振运动响应的影响进行研究,运用AQWA计算软件进行分析。得出如下结论:增加系泊系统和添加垂荡板都可以使深海经典Spar平台的内共振所需要的波浪激励能量的幅值增加,抑制了垂荡运动响应幅值,从而使得Spar平台的内共振运动响应的发生需要更多的波浪激励能量,从而保证Spar平台的运动稳定性。本文最后对深海经典Spar平台的内共振激励分析做出了总结,并且指出了本文不足以及对未来研究方向的期望。
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