深水中TLP及Spar的粘性阻尼-GriffithResearchOnline.PDFVIP

Viscous damping of deepwater TLP and Spar Author Tao, Longbin Published 2006 Journal Title Ship Building of China Copyright Statement © 2006 Chinese Society of Naval Architects Marine Engineers. This is the author-manuscript version of this paper. Reproduced in accordance with the copyright policy of the publisher. Downloaded from /10072/15609 Link to published version Griffith Research Online .au 深水中 TLP 及 Spar 的粘性阻尼 陶龙宾 School of Engineering ， Griffith University ， PMB50 GCMC ， QLD9726 ， Australia 摘 要 对深水中 TLP 及 Spar 在发生高频垂向谐振 “Springing Vibration” 时的水动力阻尼作了较为系统的研究与数值计算分 析。计算结果表明：在本文所考虑的参数范围（KC = 0.001~1.0 ，β = 89236~435298 ）内，由于不同的形状阻尼特性，存在 着两个不同的线性和非线性阻尼区域。基于数值计算结果分析，导出了实用于上述两个区域的粘性阻尼计算公式 。 关键词 ：张力腿式平台（TLP ）， Springing Vibration ， 水动力阻尼，摩擦阻尼， 形状阻尼 中图分类号：P751 文献标识码：A 1 ．引言 自CONOCO公司的世界上第一座张力腿式平台（Hutton TLP ）于 1984 年成功安装于北海（North Sea ）以来，已有近 20 座TLP被应用于海洋石油开采。它们主要分布于美国墨西哥湾（Gulf of Mexico – GOM ）和欧洲北海油田深水海域。由于其优越的水动力特性，近年来TLP （见图1 ）在深水中得到了广泛 的应用。例如，由于其垂向运动固有频率远高于海洋波谱中的主要频率范围，因此可有效地避免一阶波 浪力引起的大辐值垂向谐振。然而，由复频（sum-frequency ）引起的非线性波浪激振力仍然会导致TLP的 垂向谐振，即所谓的 “Springing Vibration” 现象[1, 2, 3, 4, 5]。模型实验和现场实测多次证实了此一现象的发 生，其显著特征是高频和小振幅。此高阶谐振虽然振幅较小，但由于TLP结构本身提供很低的水动力阻 尼，“Springing Vibration” 通常可持续相当长时间，引起钢筋束 (tendon) 中的疲劳应力。更为严重的是， 长时间的垂向谐振可能影响到立管（riser ）的安全，造成停产，甚至环境污染。研究发现 “Springing Vibration” 主要是由于二阶或更高阶非线性复频波浪力所引起。有关二阶波浪激振力的计算已取得重大进 展，因此，准确估算TLP的非线性水动力阻尼已成为TLP设计的关键因素之一。本文介绍了作者近期在这 一方面的研究工作。 1 图 1 Heidrun TLP 浮式海洋结构物诸如 TLP 在波浪中的水动力响应问题，通常是将其划分为几个小问题用频域分析的 方法来求解的（图 2 ）。其中，对应于波浪频率范围的线性水动力，如波浪力，附加质量及兴波阻尼，可 由线性波