第三章浮式平台总体性能4ppt课件

1、 第三章 线性波浪对浮式构造物的诱导运动 5、 半潜式平台的垂荡运动 5.1 半潜式平台横浪下的垂荡运动 5.2 半潜式平台迎浪时的垂荡和纵摇 5.1 半潜式平台横浪下的垂荡运动 分析由两个在浮箱上装有立柱的浮筒组成的半潜式平台。平台前后对称并在深水中运动。研讨横浪时的垂荡运动。在惯性力范围内的无阻尼运动公式为： 2333332WdMAgAF tdt1 按照与TLP同样的分析可以得出 333sincos/ 2tmmk zzkzaWPAF tgtekBA ek V 式中： 是半潜平台的水线面积； 和 分别为浮筒顶部和形心的纵坐标；B为浮筒中心面间的间隔 ； 是整个浮筒的体积。推导该式时，假设平台

2、中心处的自在液面升高为 ，由于 的值实践较小，可以将式近似为：WAtzmzPVsinat()tmk zz 22333sincos/ 2mkzaWWmtFtekBgAMAA z23 由平台垂荡运动方程可得：32sincos/ 211mkzmankztekB式中：1/233wngAMA表示垂荡固有频率。n当时，垂荡运动无限大，这种情况在实践中是不存在的，主要是由于忽略粘性影响而呵斥的。41/221/nmnzg当时，可以得到垂荡在实际上为零时的最大周期。 32sincos/ 211mkzmankztekB4 式(4)阐明在惯性力范围内，横浪时的垂荡呼应主要是无量纲的参数 和 的函数见图3.19。经过

3、简化了的式(4)，可以选择在极限海况下垂荡运动最小的平台主尺度。 /n 2/nmzg 在实践的半潜平台设计中，通常希望垂荡周期在20s以上，从而防止波激垂荡谐摇。B和 随稳性和装载量的要求决议。因此，在给定 条件下，独一可以影响垂荡呼应的参数只需吃水 。不同的浮筒几何外形将会改动 和 。WAnmz33An 图3.20显示一座具有长方体浮筒和圆柱形立柱的半潜式平台。单位是米。平台系泊在深海。假设系泊系统对运动无影响，并忽略阻尼的作用。周期为10s、波幅为1m的规那么正弦波沿x轴负向传播。计算平台重心G处的垂荡和纵摇。 5.2 半潜式平台迎浪时的垂荡和纵摇 图3.20半潜式平台单位为米，G为重心

4、解：忽略纵荡的耦合效应。由于平台水下部分是解：忽略纵荡的耦合效应。由于平台水下部分是对称的，可知耦合项对称的，可知耦合项A35A35，A53A53，C35C35和和C53C53均为零。半均为零。半潜式平台重心的垂荡方程可以写为：潜式平台重心的垂荡方程可以写为： 223333332dMACFdt由切片实际可知： 233332DALA 式中：L为长度； 为一个浮筒上的两维垂荡附连质量。设 等于2.3A，其中A为浮筒的横截面积。从而有:233DA233DA733222.37.59 10tWMALAz AALkg 回复力系数: 62333.16 10WCgAkg s由切片实际得到的垂向鼓励力: /23

5、3/222.322LWWABLAAFAA a dxpP 右边第一项表示假定无立柱时两个浮筒上的垂向力，后面两项是对立柱作用的修正。 入射波浪势: coskzagetkx 那么有:23sinmkzaaetkx 式中zm=-18.5m。F3表达式的最后两项中：12sin,sinttkzkzAaBapgetkxpgetkx 式中：zt=-15m,x1=-37.5m, x2=37.5m。因此231626.6sin/ 2 sin2sincos25.9 10 sinmtkzkzWaaAFAekLtgetkxkt N 令： ，可得半潜式平台重心的垂荡运动 33sinat 30.2sin t m 半潜式平台的

6、纵摇为： 2555555552dIACF tdt 设纵摇惯性矩I5等于A55，虽然这种情况通常并不成立。由切片实际和A55的定义可以得到纵摇附连质量A55，即研讨半潜式平台的强迫纵摇及其引发的纵摇矩。 由于强迫纵摇的影响，长度为dx的切片将会产生垂向加速度 。从而在该切片上产生一个垂向力 ，这个力绕经过重心并平行于y轴的轴线会产生一个纵摇矩。整个浮筒产生的纵摇矩：5x2533DAx/22253/22LDLx Adx 下面讨论立柱的影响。任一立柱上一段长为dz的切片在作强迫纵摇运动时，其程度加速度为 ，从而产生程度力 ，该力绕y轴的纵摇力矩510z251110DAz 式中： ，长度的单位是米。

7、221110 / 4DA102554.1 10Akg s C55来源于流体静力，即： 波激纵摇矩： 后两项为立柱上的程度力产生的波激纵摇矩分量。假设忽略后两项： 将 代入纵摇运动方程： 55sinat练习 设一艘驳船为一长、宽和吃水分别为L=200m，B=30m以及D=15m的长方盒形浮体。假定驳船质量密度为定值，且驳船前进速度为零,驳船重心垂向位置与浮心垂向位置重合。有一规那么正弦波沿x轴负向传播，其波长和波高分别为300m和20m。定义入射波速度势：船体主尺度和坐标系表示图 推导驳船静水恢复力系数 ， ， ， ，阐明垂荡和纵摇运动间无静水力耦合。 (a) 假设入射波长相对于驳船切片尺度大很

8、多，不思索垂直于x轴的船体切片周围二维辐射流兴波阻尼效应。定义驳船切片垂荡附加质量为 ，不思索驳船沿x轴纵荡运动，推导驳船垂荡运动和纵摇运动诱导的附加质量水动力系数 ， ， ， 表达方式，阐明垂荡和纵摇运动间无惯性水动力耦合。DA23333A53A35A55A33C53C35C55C 写出驳船迎浪规那么波中垂荡和纵摇运动方程，阐明两者间运动无耦合。 设驳船重心处垂荡位移为 ，纵摇位移为 ，分别思索垂荡运动和纵摇运动微幅摇荡引起的辐射水动力。)(3t)(5t 在垂荡运动方式下，切片遭到的垂向辐射水动力可以思索为： 323333 DAdF3233322233333 LAdxAdFFDLLD故有：

9、LAADD233333dxxAdFD)(323353 022323353LLDxdxAF 故有： 0353DA 在纵摇运动方式下，切片遭到的垂向辐射水动力可以思索为：)(523335 xAdFD022523335LLDdxxAF 故有： 0335DA)(523355xxAdFD 225233255LLDdxAxF 5233312 DAL故有： DALA23335512 由此可见垂荡和纵摇运动的耦合项惯性水动力系数，故垂荡和纵摇运动间无惯性水动力耦合。 下面计算驳船垂向运动的静水回复力系数gBLgACw33wALLxdlgBxdsgCC2253350dlxgzzgCwAGb255)(3121Lg

10、B 由此可见垂荡和纵摇运动的耦合项静水力系数，故垂荡和纵摇运动间无静水力耦合。 根据浮体六个自在度线性运动方程，对于其中的垂荡和纵摇运动方程，两者间惯性力耦合系数和静水力耦合系数均为零，故两者间无运动耦合。分别写出垂荡和纵摇运动方程：3333333)(FCAM 555555555)(FCAI (b) (b) 不思索驳船切片辐射摇荡兴波阻尼效应，由长峰波不思索驳船切片辐射摇荡兴波阻尼效应，由长峰波公式和切片实际证明垂向鼓励力公式和切片实际证明垂向鼓励力tkLkekgABegFkDaDkDasin)2sin(22/2333讨论这一近似的适用性和 时的情况。 按照长波近似，作用在驳船切片上的波浪力为

11、：dxaAdlnpdFDszI32333 按照入射波表达式，可以获得入射波水动压力场和波浪质点垂向加速度。)sin(kxtegtpkzaI23)sin()(Dzkzakxtegkzta)sin()sin(2233223kxtegkAdykxtegdFkDaDDzkzBBa)sin()sin(2233kxtegkAkxtegBkDaDkDa22223322233)sin()(LLkDDakDaLLDdxkxteAgkegBdFF)(2sinsin22233kDDakDaeAgkegBkLtk当波长与船舶剖面尺度 时，按照相对运动假设计算浮体剖面波浪绕射水动力载荷，同时不计自在面兴波阻尼，该式适用。1/B当 时， 01kDe12 Dke22sinklklDaaAgkgBtLF2333sin003333sinzxDawaAtgA (c) 利用 ，忽略阻尼，证明重心的垂荡运动tsin9 . 43 由浮体垂荡运动方程：3333333)(FCAM BLDVMBDLLAADD8 . 0233333为求解该垂荡运动方程，令 ，tasin33tasin323 将入射波参数和浮体尺度几何参数代入运动方程， 推算得：波数k= 0209.