化学课第一章 第三节

1、1.3海洋系泊结构海洋系泊结构1.3.1 多点系泊多点系泊1.3.2 单点系泊单点系泊11.3.1多点锚泊海洋工程船舶辐射式系泊结构抛锚定位过程：工程船将定位锚降低的同时，锚与位于水面的浮标连接。2系泊锚固定方式桩基桩基吸力锚吸力锚海底桩基每根长3040米，直径2米左右，通过水下汽锤贯入海底。深海的新一代钻井设备的锚抓力，可达到数百吨。31.3.2 单点锚泊(a) 单锚腿系泊单锚腿系泊 （b）悬链线锚腿系泊）悬链线锚腿系泊(c) 铰接塔式系泊铰接塔式系泊4SYS(Single Yoke system)单锚摇臂系泊系统原油装卸方式原油装卸方式 工程背景工程背景码头码头 建造成本高建造成本高 作业

2、成本高作业成本高CALM 单点装置单点装置 建造成本低建造成本低 作业成本低作业成本低悬链线锚腿悬链线锚腿系泊系泊研究研究背景背景5市场前景广阔市场前景广阔6海洋工程与结构安全教研室 Copyright 2010 Denniszhang D.N.A . of DUT. All rights reserved. 承载设备和锚链重量，保证系统安全承载设备和锚链重量，保证系统安全浮力和储备浮力 满足定位要求和立管系统的挠性要求满足定位要求和立管系统的挠性要求系统刚度 保证锚链具有足够强度和安全冗余度保证锚链具有足够强度和安全冗余度锚链强度 保证系统具有足够的疲劳寿命保证系统具有足够的疲劳寿命疲劳寿命

3、设计要求设计要求研究内容及结果研究内容及结果7海洋工程与结构安全教研室 Copyright 2010 Denniszhang D.N.A . of DUT. All rights reserved. 研究方法研究方法环境参数环境参数水深水深 m 47.8风速风速 m/s22流速流速 m/s0.7有义波高有义波高 m2.6峰值周期峰值周期 s7.5油轮风浪流油轮风浪流30458海洋工程与结构安全教研室 Copyright 2010 Denniszhang D.N.A . of DUT. All rights reserved. 分析流程分析流程耦合时时域动动力分析系统的运动及受力系统的运动及受力

4、9海洋工程与结构安全教研室 Copyright 2010 Denniszhang D.N.A . of DUT. All rights reserved. 压载共线压载共线压载非共线压载非共线分析结果分析结果 压载状态下，油轮吃水小，受风面积大，艏摇阻尼力矩压载状态下，油轮吃水小，受风面积大，艏摇阻尼力矩小。小。 非共线载荷使系统运动更加复杂，非线性更强非共线载荷使系统运动更加复杂，非线性更强10海洋工程与结构安全教研室 Copyright 2010 Denniszhang D.N.A . of DUT. All rights reserved. 浮筒位移浮筒位移共线-浮筒纵荡位移非共线-浮筒

5、纵荡位移非共线-浮筒横荡位移共线共线 ：浮筒位移：浮筒位移15m11海洋工程与结构安全教研室 Copyright 2010 Denniszhang D.N.A . of DUT. All rights reserved. 锚链拉力锚链拉力共线-危险锚链 张力非共线-危险锚链 张力非共线：锚链张力非共线：锚链张力 5106N共线共线 ：锚链张力：锚链张力15m最大锚链力最大锚链力 5106N非共线-浮筒纵荡位移（+拖力）非共线-浮筒横荡位移（+拖力）非共线-危险锚链张力（+拖力）13m2.8106N14铰接塔式系泊铰接塔式系泊铰接塔柱铰接塔柱-系缆系缆-油轮油轮当当油轮质量为塔柱质量的油轮质量为

6、塔柱质量的510倍，倍，可以近似认为油轮不发生运动，可以近似认为油轮不发生运动，塔柱运动简化为受有非线性约束塔柱运动简化为受有非线性约束的单自由度摇摆模型的单自由度摇摆模型一般情况需要考虑铰接塔柱一般情况需要考虑铰接塔柱-系缆系缆-油轮的耦合运动油轮的耦合运动塔柱和系缆构成分段恢复刚度体塔柱和系缆构成分段恢复刚度体系系，此为分段恢复刚度的非线性此为分段恢复刚度的非线性动力体系动力体系系缆动张力的变化规律系缆动张力的变化规律(c) 铰接塔式系泊铰接塔式系泊151.4 海洋管道1.4.1 油气输送水平管道油气输送水平管道1.4.2 垂直管线垂直管线161.4.1油气输送水平管道一般埋于土壤中一般埋

7、于土壤中2米左右，或者配置加重层浮搁在海床米左右，或者配置加重层浮搁在海床常年受海流波浪作用常年受海流波浪作用在海底形成悬跨在海底形成悬跨受到波流的作用受到波流的作用出现涡流，引起管道的涡激振动出现涡流，引起管道的涡激振动涡流频率接近管道的自振频率涡流频率接近管道的自振频率锁定共振现象锁定共振现象17对于控制浅水涡激振动方法主要是避免管道发生共振。在深水条件下，应采用不同的分析方法对涡激振动进行预报和控制，海底管道基本的分析模型属于分布参数振动系统。1.4.2垂直管线181.4.2垂直管线承受风、浪、流以及平台运动载荷承受风、浪、流以及平台运动载荷属于非线性振动问题属于非线性振动问题船舶或平台

8、升沉运动引起的立管的横向振动，船舶或平台升沉运动引起的立管的横向振动，即参激振动即参激振动191.5海洋工程结构开发面临的挑战性问题海洋工程结构开发面临的挑战性问题20挑战性问题环境力环境力结构材料结构材料模型及分析模型及分析试验评价试验评价21挑战性问题环境力环境力结构材料结构材料模型及分析模型及分析试验评价试验评价周期性的漩涡脱落、强风和波浪砰击引起的载荷稳定的波浪、潮汐和飓风海底地震强度、水流对海底基础的冲刷短时间范围内长时期内22挑战性问题环境力环境力结构材料结构材料模型及分析模型及分析试验评价试验评价周期性的漩涡脱落、强风和波浪砰击引起的载荷稳定的波浪、潮汐和飓风海底地震强度、水流对

9、海底基础的冲刷短时间范围内长时期内高强度材料中空的圆柱形钢链条合成系泊缆材料减小重量提高系泊能力腐蚀疲劳测试、断裂韧性测试、应力腐蚀断裂测试、钢材的焊接性能23挑战性问题环境力环境力结构材料结构材料模型及分析模型及分析试验评价试验评价周期性的漩涡脱落、强风和波浪砰击引起的载荷稳定的波浪、潮汐和飓风海底地震强度、水流对海底基础的冲刷短时间范围内长时期内高强度材料中空的圆柱形钢链条合成系泊缆材料减小重量提高系泊能力腐蚀疲劳测试、断裂韧性测试、应力腐蚀断裂测试、钢材的焊接性能确定结构的作业海域、环境载荷和结构的初步设计建立结构的数学模型结构的总体运动临界应力设计的可靠度24挑战性问题环境力环境力结构材料结构材料模型及分析模型及分析试验评价试验评价周期性的漩涡脱落、强风和波浪砰击引起的载荷稳定的波浪、潮汐和飓风海底地震强度、水流对海底基础的冲刷短时间范围内长时期内高强度材料中空的圆柱形钢链条合成系泊缆材料减小重量提高系泊能力腐蚀疲劳测试、断裂韧性测试、应力腐蚀断裂测试、钢材的焊接性能确定结构的作业海域、环境载荷和结构的初步设计建立结构的数学模型结构的总体运动临界应力