自升式海洋平台环境载荷实验与分析方法

序

前言

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 海洋环境载荷研究及进展 8

1.2.1 波流载荷研究 8

1.2.2 风载荷研究 15

1.3 海洋环境载荷研究中的若干问题 17

参考文献 19

第2章 自升式海洋平台环境载荷理论分析方法 26

2.1 波流载荷理论 26

2.1.1 莫里森方程 26

2.1.2 波浪理论 28

2.2 风载荷理论 35

2.2.1 风力系数 35

2.2.2 形状系数 35

2.2.3 风压系数及体型系数 36

2.3 相似理论 37

2.3.1 水动力学实验相似准则 37

2.3.2 风载荷实验相似准则 39

参考文献 41

第3章 自升式海洋平台波流载荷系数实验方案设计 42

3.1 单弦杆水动力实验方案设计 42

3.1.1 实验目的 42

3.1.2 实验条件 42

3.1.3 实验方案设计 44

3.1.4 实验方法及步骤 50

3.1.5 实验数据处理 51

3.2 单桩腿水动力实验方案设计 53

3.2.1 实验目的 53

3.2.2 实验条件 53

3.2.3 实验方案设计 56

3.2.4 实验方法及步骤 60

3.2.5 实验数据处理 63

3.3 三桩腿水动力实验方案设计 68

3.3.1 实验目的 68

3.3.2 实验条件 68

3.3.3 实验方案设计 69

3.3.4 实验方法及步骤 74

3.3.5 实验数据处理 77

参考文献 79

第4章 波流载荷系数分析及计算 80

4.1 波流载荷系数求解方法 80

4.1.1 CD 和 CM 与雷诺数、KC 数的关系 80

4.1.2 CD 和 CM 的常规求解方法 81

4.1.3 CD 和 CM 的创新型求解方法 82

4.2 单弦杆波流载荷系数求解与分析 85

4.2.1 水动力系数求解及影响因素分析 85

4.2.2 基于线性回归方法的水动力影响因素分析 99

4.2.3 单弦杆水动力特性影响因素综合分析 112

4.3 单桩腿波流载荷系数求解与分析 114

4.3.1 常规方法求解 CD 及 CM 值 114

4.3.2 基于遗传算法的水动力系数求解方法 121

4.3.3 单桩腿水动力实验模型模拟仿真 128

4.4 三桩腿波流载荷系数求解与分析 133

4.4.1 三桩腿水动力特性分析方法 133

4.4.2 水动力系数分析 135

4.4.3 群桩效应分析 140

4.4.4 齿条效应分析 147

4.4.5 实验模型的数值模拟 150

参考文献 155

第5章 自升式海洋平台风载荷研究 157

5.1 自升式平台风载荷规范计算 157

5.1.1 自升式海洋平台基本参数 157

5.1.2 规范规定 158

5.1.3 规范计算结果 160

5.2 平台风载荷数值模拟 164

5.2.1 CFX 数值模拟 164

5.2.2 模拟结果分析 169

5.3 风洞实验 173

5.3.1 风洞实验设计 173

5.3.2 平台模型风载荷实验结果分析 185

5.4 平台风载荷对比分析 192

参考文献 195

第6章 海洋平台环境载荷的数值模拟 197

6.1 自升式海洋平台波流载荷模拟 197

6.1.1 海洋平台数值模型的建立 197

6.1.2 海洋平台模拟结果的分析 204

6.2 自升式海洋平台风载荷模拟 219

6.2.1 CFD 理论基础 219

6.2.2 海洋平台的三维建模 221

6.2.3 风载荷模拟结果分析及验证 225

6.2.4 风载荷模拟结果的等效处理 230

6.3 自升式海洋平台环境载荷耦合模拟 232

6.3.1 海洋平台数值模型的建立 232

6.3.2 海洋平台模拟结果的分析 238

参考文献 243

彩图2100433B

自升式海洋平台是海洋油气资源勘探开发的重要设施，因其具有适应性强、移动性好、作业灵活等优点，得到了广泛应用。自升式海洋平台在役期间受到海流、波浪、海风等复杂海洋环境载荷的共同作用，其中波流载荷和风载荷影响较为显著，准确分析计算平台在使用过程中所承受的波流载荷和风载荷，对平台安全设计和使用十分重要。《自升式海洋平台环境载荷实验与分析方法》系统完整地介绍了自升式海洋平台承受波流载荷和风载荷的计算分析方法，在此基础上，通过系统性实验设计，重点分析了缩尺比、表面粗糙度、齿条以及群桩效应等对波流载荷系数和风载荷系数的影响规律，提出了波流载荷系数的并行计算方法和修正模型，对于准确分析计算自升式海洋平台的环境载荷，提高设计安全性和经济性，具有重要的现实意义和实用价值。

《自升式海洋平台环境载荷实验与分析方法》紧密结合自升式海洋平台的设计发展需求，注重理论基础、方法技术和工程应用的有机结合，是对自升式海洋平台设计理论和实验方法的补充，既可作为高等院校、科研院所从事相关专业科研人员的参考用书，也可作为机械工程、海洋工程等专业本科生和研究生的教材，亦可为从事自升式海洋平台结构设计及分析的工程技术人员提供借鉴。

本书概述了海洋自升式移动平台的类型和发展概况，对海洋环境载荷、漂浮稳性、站立稳定性、自升式升降系统等重要设计内容和平台的基本性能进行了深入研究和广泛讨论，并详尽阐述了海洋自升式移动平台的设计原理和设计方法。

本书既可作教学用书，也可作工程技术人员参考书。

2018年6月7日，《自升式平台结构设计方法—载荷抗力系数设计法》发布。

2019年1月1日，《自升式平台结构设计方法—载荷抗力系数设计法》实施。

移动式海洋平台是一种装备有钻井设备，并能从一个井位移到另一个井位的海洋平台，它可用于海上石油的钻探和生产。

移动式海洋平台包含的种类有很多，主要有坐底式海洋平台、自升式海洋平台、钻井船、半潜式海洋平台、张力腿式海洋平台、牵索塔式海洋平台等等。