半潜式海洋平台水动力性能探讨范文

摘要：本文以一艘半潜式海洋平台为研究对象，利用AQWA研究平台在规则波中的频域水动力。结果表明，平台横荡的附加质量和附加阻尼对平台的幅值响应影响较大，在高频区域内，幅值响应算子（RAO）的变化幅度较小。

关键词：半潜式平台；Workbench；频域水动力

引言

半潜式海洋平台又称为立柱稳定式平台（StableColumnPlatform），是一种常见的浮式海洋平台类型[1]。该平台是一种深水作业平台，适用水深广，随着海洋开发事业的发展，该种平台也得到了迅速的发展。由于半潜式平台需要长期在某一海域进行服役，考虑到多变的海洋环境和极端海况，所以需要对半潜式平台在危险工况条件下的水动力性能等多方面进行分析。本文中采用了三维势流理论，结合AQWA仿真软件对半潜式海洋平台在某种工作海况下的水动力性能进行了分析、研究。本文中，频域水动力分析应该包括：附加质量、附加阻尼、半潜式海洋平台六个自由度的运动响应（RAO）、一阶波浪力和二阶定常波浪载荷等。

一、模型建立以及入射波设置

本文主要的研究的是半潜式海洋平台，该种平台由上体、四根中间柱体，两个浮箱和中间连接组成。

二、水动力性能计算与分析

1．附加阻尼和附加质量计算结果半潜式海洋平台的附加质量在固定频率区间内的变化结果。数据分析中分别用m1、m2和m3表示纵荡、横荡和垂荡三个平动运动方向的附加质量。2．幅值响应算子（RAO）结果分析本文RAO的分析中，首先定义3个入射波浪向，分别为0、45和90°；考虑半潜式平台在1,000m工作水深时的6自由度方向频率幅值响应函数的变化。3．一阶波浪力结果分析由于一阶波浪力主要作用效果是在纵荡、垂荡和纵摇三个自由度上体现较明显，所以对规则波下的一阶波浪力的研究需要对主要作用的三个自由度方向进行分析。纵荡和纵摇两个自由度在低频部分的变化幅度较小，高频区间变化复杂；由于三个入射方向对垂荡方向的影响小，所以三个入射方向的一阶波浪力的变化趋势一致，在低频时变化较大，并呈下降趋势；到高频阶段，在一定浮动后，三个方向的一阶波浪力趋于相对稳定。4．二阶波浪力结果分析因为选用远场积分法的缘故，只需要对纵荡、横荡和首摇三个自由度方向进行分析。如图6，二阶波浪力在这三个自由度方向上，处于低频阶段的变化均较小，趋向于平缓；在过度到高频及部分高频阶段，二阶波浪力的变化较为剧烈，甚至出现波峰、波谷。频率在0.800~1.250Hz区间内，纵荡、横荡和首摇三个自由度方向的二阶波浪力的变化范围达到最大，后期分析、设计时需要特别关注该频率区间。

三、小结

本节对半潜式平台进行了频域水动力分析，并根据CCS规范要求对平台性能参数进行输出，得到在半潜式平台频域分析的一系列水动力性能参数。结论如下：（1）平台横荡的附加质量和附加阻尼对平台的幅值响应影响较大，其值在频率为1.00Hz附近需要着重分析该危险频率，以确保平台长期服役的人员和平台安全。（2）附加阻尼和附加质量的变化均属同步，略滞后于附加质量的变化。在频率在1.00~1.25Hz的区间内，附加阻尼将达到峰值，平台的运动受到的阻尼影响也会达到极值点。（3）半潜式平台在高频区域（ω＞1.25rad/s）内，幅值响应算子（RAO）的变化幅度较小，该种频率范围内的运动性能表现良好。（4）对于一阶波浪力，纵荡和纵摇两个自由度在低频部分的变化幅度较小，高频区间变化复杂。（5）二阶波浪力处于低频阶段的变化均较小，趋向于平缓；在过度到高频及部分高频阶段，二阶波浪力的变化较为剧烈，甚至出现波峰、波谷。

参考文献

[1]方学智.船舶与海洋工程概论[M].北京：清华大学出版社，2012：01-203.

[2]陈鹏，马骏，黄进浩等.基于AQWA的半潜式平台水动力分析及系泊性能计算分析[J].船舶工程，2013，42（3）：45-46.

作者：严琦1；郭建廷2；杨弘炜1；袁亚帅1；杜钦1 单位：1.江苏科技大学，2.江苏科技大学