系泊系统设计简介

单击此处编辑副标题系泊系统设计简介杨小龙2014.6提纲一、系泊系统作用与分类二、系泊系统组成三、系泊系统分析方法四、其他本讲义图片多来源于网络一、系泊系统作用于分类通过缆绳或其他机械装置将水面结构实施与固定点连接，使被系泊结构物具有抵御一定环境条件的能力，保证设计环境下的作业需求，遭遇极端海况时，能够保证结构物和系泊系统本身安全。（一）系泊系统定义和作用（stationkeepingorpositioning）一、系泊系统分类按结构形式：•多点系泊系统，单点系泊系统，动力定位系统，多种定位系统组合等按回复力作用形式（软硬程度）：•悬链线，张紧式系泊，半张紧式系泊，tendon，complianttower，jacket等按缆绳组成成分：•纯锚链，纯锚缆，锚链+锚缆，高分子聚合材料，锚链+高分子等（一）典型分类依据-分类形式千差万别二、典型系泊系统组成典型的系泊系统组成可分为上浮体固定端，导向装置，系泊主体，海底固定端组成。经过多年的发展，系泊系统的每个组成部分都衍生除了N多变种。动力定位系统三、系泊系统分析方法系泊系统的设计和复核是指在标准和规范的指导下，保证系泊系统的选型设计满足工程功能需求，同时考虑经济性及后期维保便易性。设计目的：设计内容：系泊系统设计主要包括：1.系泊系统的布置与选型2.强度分析3.疲劳分析4.间隙与干涉校核5.锚三、系泊系统分析方法在数值分析中，根据平衡特性的不同可分为静力法，准静力法和动力法。根据数值方法的不同，可分为有限元法和有限差分法。根据运动特性的不同，可以分为频域法和时域法。根据求解范围的不同，可分为耦合分析与非耦合分析。容易混淆的定义：三、系泊系统分析方法所谓静力是指不随时间变化的力，反映在系泊系统上，是指环境载荷中的定常部分。系泊系统的动力包括两方面来源：1.上浮体，包括水动力，波动风等浮体振荡运动及水平漂移2.系泊系统，包括缆绳上的附加质量与阻尼，缆绳与海底的碰撞与摩擦，系泊系统上配重与浮筒振荡运动改变系泊系统的运动学与动力学状态，对上浮体也会造成影响。静力法，准静（动）力法，动力法三、系泊系统分析方法静力法：计算浮体所受的平均载荷，根据悬链线方程或系泊系统受力-位移曲线将载荷在系泊系统间进行分配。准静力法：考虑上部浮体的定常和慢漂运动，忽略系泊系统本身的动态效应，忽略浮体波频运动队系泊系统影响，根据悬链线方程或系泊系统受力-位移曲线将载荷在系泊系统间进行分配。动力法：考虑上部浮体的动力效应，也考虑缆绳上的动态效应。静力法，准静力法，动力法三、系泊系统分析方法静力法适用于环境条件温和，系泊形式简单，水深较浅的系泊系统选型/初步设计。随着系泊系统的复杂化，系泊结构物的大型化，油气开发的深水化以及计算软件和工具的飞速发展现已基本弃用。准静力法：计算速度快，可满足大部分工程设计需要，但忽略了缆绳上的惯性力和拖曳力的影响。动力法：广泛应用于深水或超深水系泊系统设计。静力法，准静力法，动力法三、系泊系统分析方法准静力法，动力法三、系泊系统分析方法在深水中，平台、系泊系统和立管相互作用明显，评估动力相互作用的方法有两种：1.非耦合或传统的准静态分析，假设系泊系统和立管静态地影响平台的运动，仅提供回复力刚度；2.耦合分析，将平台，系泊系统和立管作为一个整体，评估其相互作用，平台运动分析中考虑系泊系统的阻尼和惯性效应；两者的主要区别在于求解方程（组）的维数，耦合分析协同考虑船体与系泊系统的相互作用非耦合分析与耦合分析三、系泊系统分析方法非耦合分析与耦合分析三、系泊系统分析方法非耦合分析流程图三、系泊系统分析方法耦合分析流程图三、系泊系统分析方法线性与非线性非线性是指自变量与因变量的关系不是直线，而是曲线，曲面或不确定的属性。所谓线性，是指变量之间的数学关系是直线的属性。从数学意义上讲，是指方程的解满足线性叠加原理，即方程任意两个解的线性叠加，仍然是方程的一个解。线性关系本质上说是指互不想干的相互关系，而非线性则是相互作用，这是这种作用，使得整体不在是简单滴全部等于部分之和，而可能出现不同于“线性叠加”的增益或亏损。0100200300400500600700800900100011001200130014001500160017001800012345678910111213Excursion(m)RestoringForce(t)FullLoadBallast三、系泊系统分析方法系泊系统非线性的主要来源：1.几何刚度：系泊系统的回复力-位移变化具有非线性效应2.水动力载荷：小尺度结构物受力的morison公式的二次拖曳力项3.三维空间的较大的旋转变形：结构物发生两个方向弯曲时的刚度4.材料非线性5.接触问题：系泊锚链与海底的接触，fender的作用等三、系泊系统分析方法频域分析与时域分析从数学上讲，频域分析与时域分析的区别在于方程中的变量是频率还是时间。频域分析的本质是线性叠加原理，因此只能考虑线性或弱非线性的因素，系统的非线性特性在频域中要进行线性化处理。频域计算结果通过谱分析后可得到关心的特种统计量。时域分析可以完整的考虑系统的非线性特性，真实反映系统实际状态，在同一时刻求解系统平衡方程，并计及系统的前一时刻对当前的影响（或当前时刻对后一时刻的影响），求得的结果是变量的完整时间历程。三、系泊系统分析方法傅里叶变换以时间为参照来观察动态世界的方法我们称之为时域分析。但如果换一个角度，从频域的角度来看，世界又是“永恒不变”的，这个静止的世界就叫做频域。通过傅里叶变换和逆变换，可以实现频域与时域的相互转换。四、其他常用规范：1.APIRP2SK-DesignandAnalysisofStationkeepingSystemsforFloatingStructures2.APIRP2SM-RecommendedPracticeforDesign,Manufacture,Installation,andMaintenanceofSyntheticFiberRopesforoffshoreMooring3.DNVOffshoreStandardE301-PositionMooring4.ABSGuideForBuildingandClassingFloatingProductionInstallation5.NI493-ClassificationofMooringSystemsforPermanentOffshoreUnits6.GLND0032-GuidelinesforMoorings四、其他系泊系统适用的水深范围：1.500m，可选用全锚链的悬链线系泊2.500—1500m，全锚链的系泊系统已经不经济，可选用chain-wire-chain的悬链线系泊或合成纤维缆绳3.1500m，一般选用张紧式或半张紧式的合成纤维缆绳4.动力定位系统理论上可以适用于任何水深随着海洋油气开发向深海发展，悬链线式系泊系统总重量增加，动力效应显著，深水浮式平台甲板可变载荷的需要和设计浮力的限制使深水聚酯缆张紧式系泊系统的应用更为普遍。四、其他公司现有的分析软件：海工目前的系泊分析软件包括Moses，Orcaflex，Sesam-DeepC。Moses可以进行水动力计算及系泊耦合分析计算，但海工未购买耦合分析计算模块，目前的采用准静态分析的方法。Orcaflex不具备水动力计算功能，需要外部导入。Orcaflex进行系泊分析采用耦合分析方法，缆绳或立管上的动态效应采用有限质量法。Sesam软件中的HydroD可以为DeepC的时域耦合分析提供上浮体水动力输入，动态计算采用有限元法。谢谢！