[發(fā)明專利]主動式海洋平臺混合模型試驗的實現(xiàn)方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810036551.8
• 申請日: 2008-04-24
• 公開（公告）號: CN101261177A
• 公開（公告）日: 2008-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王磊;周利;蘇一華;楊世知;闖振菊
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00;G01M19/00;G01D21/00
• 代理公司: 上海交達專利事務(wù)所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種海洋工程技術(shù)領(lǐng)域的試驗實現(xiàn)方法，具體的說，是一種主動式海洋平臺混合模型試驗的實現(xiàn)方法。

背景技術(shù)

深海平臺系統(tǒng)技術(shù)復(fù)雜、投資大、風(fēng)險高，如何比較正確地獲得其在嚴酷海洋環(huán)境下的運動、受力以及甲板是否上浪等技術(shù)性能十分重要，這些性能參數(shù)是決定和設(shè)計海洋平臺結(jié)構(gòu)及其系泊、立管等相關(guān)系統(tǒng)的重要依據(jù)。海洋工程界仍然一致認為物理模型試驗的結(jié)果最為可靠，并以此作為設(shè)計、建造海洋平臺的最終定奪。海洋平臺的物理模型試驗都是在能夠模擬海洋環(huán)境的海洋工程水池中進行的，而系泊纜的長度又受到水池尺度的限制。在進行物理模型試驗時可用，先用數(shù)值計算海洋平臺模型在給定海洋環(huán)境條件下的運動和受力，再將系泊纜截斷，使用專門辦法根據(jù)理論計算結(jié)果對截斷處纜繩的運動進行模擬，這樣可以用尺寸較大的模型在海洋工程水池中進行試驗。

目前而言，采用的混合模型試驗方法主要有二種：第一種形式稱為被動式混合模型試驗，僅采用被動式水深截斷系統(tǒng)進行模型試驗。盡管能夠很好地模擬靜力特性，但最大缺點是不能恰當(dāng)?shù)啬M系泊系統(tǒng)和立管系統(tǒng)的動力特性和阻尼，在實際水深和截斷水深差別較大時，試驗結(jié)果與實際情況將存在很大差異。為彌補此缺陷，在被動式水深截斷系統(tǒng)試驗的基礎(chǔ)上，引入了后處理數(shù)值計算分析方法，這是混合模型試驗方法的第二種形式，可簡稱為“被動截斷+數(shù)值模擬”方法。該系統(tǒng)應(yīng)用水深截斷試驗得到的數(shù)據(jù)和結(jié)果，在數(shù)值計算軟件中進行數(shù)值重構(gòu)和校驗，然后數(shù)值外插到實際水深，計算得到實際全水深系統(tǒng)的動力特性。

經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，張火明等在《海洋工程》2006年第四期第1頁上發(fā)表的“等效水深截斷的深海平臺混合模型試驗方法研究”，該文中提出“被動截斷+數(shù)值模擬”方法，進行了截斷水深系統(tǒng)和全水深系統(tǒng)模型試驗，并進行了相應(yīng)截斷水深試驗的數(shù)值重構(gòu)和全水深系統(tǒng)的數(shù)值，具體方法為：1)根據(jù)全水深的錨泊系統(tǒng)特性對截斷水深的錨泊系統(tǒng)進行靜力特性的優(yōu)化模擬。2)對海洋平臺模型配置模擬的錨泊系統(tǒng)，在截斷水深下進行不規(guī)則波作用試驗，測量海洋平臺運動和錨泊線的受力。3)由于對截斷水深錨泊系統(tǒng)的模擬只滿足了靜力特性，為此要進行截斷水深情況下數(shù)值的多次迭代試算并與模型試驗結(jié)果比較，目的在于選取相關(guān)的水動力系數(shù)和系統(tǒng)的動力特性數(shù)據(jù)。4)根據(jù)上述選取的水動力系數(shù)和錨泊系統(tǒng)的動力特性數(shù)據(jù)，對全水深的海洋平臺系統(tǒng)在不規(guī)則波作用下用數(shù)值計算方法求得深海平臺的運動和錨泊線的受力。其不足之處在于：這種方法需要相當(dāng)可靠的多系統(tǒng)耦合數(shù)值計算軟件和數(shù)值外推方法做支撐，是相當(dāng)困難的。此外，實際所需要的全水深系統(tǒng)的動力特性不是通過直接的模型試驗手段獲得，因此其可信度不高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對背景技術(shù)中存在的不足，提供一種主動式海洋平臺混合模型試驗的實現(xiàn)方法，直接通過模型試驗獲得實際所需要的全水深系統(tǒng)的動力特性，較好的解決了“被動截斷+數(shù)值模擬”方法中的問題，提高了混合模型試驗的可靠度。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明方法如下：按水池所能模擬的水深和海洋平臺工作的實際水深，確定一個縮尺比和截斷水深，先用數(shù)值計算深海平臺模型在給定海洋環(huán)境條件下的運動，由于懸鏈系泊纜的運動和會影響到平臺的運動，而系泊纜的長度又受到水池尺度的限制。在混合模型試驗中時，可將系泊纜截斷，其截斷處纜繩的運動可用一套機構(gòu)進行實時模擬，該機構(gòu)由實時計算機運動控制系統(tǒng)根據(jù)理論計算結(jié)果進行模擬。

本發(fā)明方法具體包括如下步驟：

步驟一：根據(jù)試驗水池所能模擬的水深和海洋平臺工作的實際水深，選取截斷水深，并確定縮尺比；

步驟二：利用海洋平臺系統(tǒng)的基本特征和海洋平臺系統(tǒng)在實際工作中所受的海洋環(huán)境條件，對實際工作中的海洋平臺在全水深時在單位波高規(guī)則波作用下進行水動力分析，可得到海洋平臺頻域下的水動力參數(shù)數(shù)據(jù)庫，其中包括各個頻率下的附加質(zhì)量和阻尼系數(shù)，二階平均波浪力和二階平均波浪力傳遞函數(shù)，借助卡明斯理論，根據(jù)計算得到的頻域下水動力參數(shù)數(shù)據(jù)庫，通過頻域轉(zhuǎn)時域的方法，利用荷蘭MARIN水池開發(fā)的DYFLOAT軟件，建立海洋平臺時域模擬的運動方程，并加入環(huán)境條件和系泊纜，來模擬實際工作中海洋平臺系統(tǒng)的運動，獲得截斷水深處系泊纜的運動信息，即縱搖(X方向)、橫搖(Y方向)、垂蕩(Z方向)的運動時歷；

步驟三：根據(jù)步驟一中選取的縮尺比和截斷水深，制作混合模型試驗中所需的截斷式海洋平臺模型，并確定其試驗中的模擬海洋環(huán)境條件。