设计波法在张力腿平台设计中的运用.pdf

单击此处编辑副标题单击此处编辑副标题 设计波法在张力腿平台设计中的运用设计波法在张力腿平台设计中的运用 2015年8月20日2015年8月20日 黄 佳 一 设计基础 二 设计波法原理 三 短期预报 四 长期预报 五 总结 平台状态 作业工况 折减后的 极端工况 极端工况生存工况 钻井作业工况内波作业工况 平台状态 作业工况 折减后的 极端工况 极端工况生存工况 钻井作业工况内波作业工况 1 Year10 Year100 Year 1000 Year10 year非台风非台风 1 year非台风非台风 内波 完整 内波 完整ABSAA HULL破舱破舱 无压载补偿无压载补偿BS HULL破舱破舱 有压载补偿有压载补偿BS Tendon破损破损 无压载补偿无压载补偿BS Tendon破损破损 有压载补偿有压载补偿BS Tendon移除移除 有压载补偿有压载补偿BS 注 A 作业工况 B 极端工况 S 生存工况 设计寿命20年 根据API RP 2T规范 Load case 分为三个等级 A B 设计基础设计基础 风 浪 流 4 Environment Condition Summary 1234 Max Wave and Associated Wind Current 1000 year100 year10 year1 year Tropical Cyclone Tropical Cyclone Tropical Cyclone Tropical Cyclone SurvivalExtremeReduce Normal CaseCaseExtremeOperating WaveJonswapJonswapJonswapJonswap Gamma2 42 42 42 4 Heading Wamit deg OmniOmniOmniOmni Direction TN from OmniOmniOmniOmni Significant wave ht Hs m 16 5013 6010 307 50 Spectral peak period Tp sec 17 216 315 113 9 Wave cross period Tz sec 13 711 69 68 3 Maximum wave ht m 27 623 517 812 9 Maximum crest ht m 17 214 910 98 6 Tide Surge Highest Water Level m 2 401 861 391 12 Tide Surge Mean Water Level m 0 000 000 000 00 Tide Surge Lowest Water Level m 1 12 1 09 1 08 1 03 Subsidence m 0 000 000 000 00 设计基础设计基础 设计基础设计基础 风暴工况 tropical cyclone 取条件极值 非风暴工况 non tropical cyclone 取主极值 设计基础设计基础 在等级B S下 环境条件均采用条件极值 OMNI 设计基础设计基础 回归周期的意义 P为单次响应的超越概率 t为单次响应的平均跨零周期 Tr为回归周期 P t Tr 举例说明 某海域波浪平均跨零周期10s 回归周期为100年 单个波浪 超越100年一遇波高的概率为 10s 100年 3 17X10 9 设计寿命期间的遭遇概率 设计寿命回归周期遭遇概率 2010018 13 2510022 12 3010025 92 205003 92 25500 4 88 305005 82 2010001 98 设计基础设计基础 张力腿平台水平位移offset 与垂向位移set down的关系 Tendon刚度刚度 张力腿张力 预张力 刚度 X 伸长 提示 注意区别set down与heave 总体运动性能总体运动性能 一 设计基础 二 设计波法原理 三 短期预报 四 长期预报 五 总结 设计波法设计波法 作用 根据环境条件选取一定的设计工况用来对结构进行校核 背景 深水浮式平台处于随机海浪作用下 波浪载荷具有随机性和动力性 难以确定什么样的工 况对结构最为不利 原理 指依据波浪载荷等效的原则按照波浪理论构造的一组规则波 通过对波高 周期 人射浪 向以及波浪相位角的不同组合 包络对结构物的最不利状态 将等效设计的出一组规则波 施加在平台上 计算平台运动和动力响应 设计波法设计波法 确定性设计波法 随机性设计波法 长期预报设计波法 设计波法设计波法 确定性设计波法 根据波陡公式确定Hs Tz之间的关系 根据DNV推荐公式确定波陡值 根据上述公式 设计一组H T值 H的值不超过规范推荐的最大波高 DNV推荐全球海 域100年重现期最大规则波高32m 用H 2乘以RAO在对应周期下的值 得到特征载荷响应值 最大的响应值对应的H T即为设计波高和周期 设计波法设计波法 随机性设计波法 短期预报设计波法 根据短期预报结果 确定一组H T值 使得H T对应波浪的载荷等于特征载荷响应的短期 预报值 H的取值小于规定的最大波高 Ad H 2 为短期预报的响应最大值 RAOc为RAO在对应周期T处的值 LF为放大系数 可取1 1 1 3 设计波法设计波法 长期预报设计波法 与短期预报法类似 根据长预报结果 确定一组H T值 使得H T对应波浪的载荷等于特征载荷响应的长期 预报值 H的取值小于规定的最大波高 Ad H 2 为长期预报的响应最大值 RAOc为RAO在对应周期T处的值 LF为放大系数 可取1 1 1 3 设计波法设计波法 半潜平台设计波法所选取的特征载荷 设计波法设计波法 在流花TLP中的运用 短期预报时 在Hs Tp包络线上进行检索 选择不同的短期工况进行分析 选取载荷最大值 短期预报与长期预报进行比较 选取大值 根据上式 确定设计波参数T H 最大波高1 86Hs作为控制条件 超过该值的波高不予考虑 选取横向加速度 拉伸 挤压力两个特征载荷作为设计波依据 设计波法设计波法 根据最大预报载荷 设计一组等效的设计波 水动力计算结构校核 选取最大的特征载荷预报值 短期预报长期预报 选取特征载荷 横向加速度拉伸 挤压力 短期预报短期预报 框出来的部分为 pry squeeze 确定的工况 其余为 横向加速度 确定的工况 设计波法设计波法 得到设计波参数后即可针对选定的设计波进行波浪载荷计算 目前波浪载荷 预报一般采用三维线性频域水动力理论 SESAM通过LOAD TRANSFER这一功能可以将波浪载荷预报和结构有限元 分析无缝的衔接起来 需要用到以下模块 HYDROD 用于波浪载荷预报并将载荷施加到结构有限元模型上 勾选load transfer选项 SESTRA 用于进行HYDRODYNAMIC作用下结构有限元计算 XTRACT FRAMEWORK 用于将HYDROSTATIC作用下的计算结果和 HYDRODYNAMIC作用下的计算结果组合起来 一 设计基础 二 设计波法原理 三 短期预报 四 长期预报 五 总结 短期预报短期预报 根据随机波浪的参数 Hs Tp等 进行特征载荷的预报 响应载荷的幅值服从Rayleigh 分布 概率密度特征参数由响应谱的零阶矩 决定 响应谱等于RAO的平方乘以波浪谱 短期预报短期预报 超越概率为1 N 令 1 F x 1 N 即 某一短期海况下响应的最大值Rmax可有下式求得 其中 N为一定时间内的响应次数 通常取3小时 N 3小时 平均跨零周期 平均跨零周期 一 设计基础 二 设计波法原理 三 短期预报 四 长期预报 五 总结 长期预报长期预报 长期预报是在假定各个短期海况载荷变量服从Rayleigh分布基础上 综 合考虑各个短期海况本身的概率而得到的长期概率分布 长期分布是各 短期分布的加权组合 Pi为Hs Tz对应的概率 Pj为波浪入射角度的概率 可由海域统计的