深水水下吊裝過(guò)程動(dòng)力學(xué)建模與仿真.pdf

1、隨著海洋石油開(kāi)采由淺海向深海的逐步轉(zhuǎn)移,海底管匯等水下設(shè)備的吊裝在深海油氣開(kāi)采中的重要性逐漸顯現(xiàn)。在深水吊放作業(yè)過(guò)程中,安裝母船、纜繩及吊裝物構(gòu)成的系統(tǒng)會(huì)受到海上風(fēng)浪的聯(lián)合作用。由于深水吊放過(guò)程所受到環(huán)境影響較為復(fù)雜,因此通過(guò)實(shí)驗(yàn)手段獲取安裝母船和吊裝物的運(yùn)動(dòng)特征難以實(shí)現(xiàn)且成本較高,在現(xiàn)階段的研究中普遍采用仿真手段對(duì)深水吊放系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。
　　本研究以海上安裝母船和吊放系統(tǒng)為對(duì)象,研究安裝過(guò)程動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。在對(duì)吊裝過(guò)程的仿真計(jì)

2、算中,吊裝環(huán)境的模擬是不可或缺的,采用JONSWAP譜進(jìn)行作業(yè)海域的三維波面仿真。采用基于勢(shì)流理論的二維切片法,對(duì)安裝母船進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模和分析,通過(guò)簡(jiǎn)單格林函數(shù)求解剖面的二維輻射勢(shì),將二維水動(dòng)力參數(shù)沿船長(zhǎng)方向迭加得到船體的三維水動(dòng)力參數(shù),結(jié)合安裝母船的主要參數(shù),得到安裝母船縱向運(yùn)動(dòng)(主要包括升沉和縱搖運(yùn)動(dòng))的幅頻響應(yīng)曲線(xiàn)。對(duì)幅頻響應(yīng)曲線(xiàn)的分析,得出安裝母船升沉和縱搖運(yùn)動(dòng)幅值變化明顯的波頻區(qū)間。吊裝運(yùn)動(dòng)控制首先需要測(cè)量技術(shù)的支持,結(jié)合課題

3、研究需要,對(duì)安裝母船所配備的三維運(yùn)動(dòng)實(shí)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理研究,通過(guò)自適應(yīng)野值監(jiān)測(cè)方法實(shí)現(xiàn)擬合之后實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)野值的自動(dòng)剔除和替換,并通過(guò)最小二乘曲線(xiàn)擬合法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理,為深水吊放升沉補(bǔ)償系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的輸入信號(hào)?；贏(yíng)blow&Schechter模型建立纜繩動(dòng)力學(xué)模型,采用水下運(yùn)載體六自由度方程建立吊裝物模型,并結(jié)合纜繩的邊界條件得到纜繩切向無(wú)阻尼自然頻率和切向動(dòng)態(tài)張力的近似解析表達(dá)式。根據(jù)作業(yè)海域在不同海況下的頻率譜特征,得到吊放作業(yè)

4、時(shí)應(yīng)盡量避免的波頻區(qū)間。由纜繩切向動(dòng)態(tài)張力的仿真可以得到纜繩釋放長(zhǎng)度與節(jié)點(diǎn)位置的切向動(dòng)態(tài)張力曲線(xiàn),以避免纜繩松弛之后張緊所產(chǎn)生的巨大沖擊載荷。
　　通過(guò)對(duì)安裝母船的動(dòng)力學(xué)分析,可以得到升沉和縱搖運(yùn)動(dòng)幅值變化明顯的波頻區(qū)間在0.4~0.9rad/s之間。當(dāng)遭遇角等于90°時(shí),波浪對(duì)安裝母船的升沉運(yùn)動(dòng)影響最大,當(dāng)遭遇角等于45°和0°時(shí)對(duì)安裝母船的縱搖運(yùn)動(dòng)影響較大。通過(guò)對(duì)纜繩和吊裝物的分析可以得到,纜繩切向無(wú)阻尼自然頻率隨著釋放長(zhǎng)度的