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随着各国石油开采面向深海,为适应深海环境,海工平台逐渐向巨型化和高精度方向发展,这给海工平台的传统制造方法带来诸多问题,由此出现了浮态超常制造方法,其主要特点是以漂浮在制造水域中的制造基底为基础,将海工平台的分段模块逐层叠加制造。本文分析了巨型圆筒形海工平台在使用该制造方法过程中,制造基底流固耦合运动和变形对制造精度的影响,主要结论如下:
1)为了生成制造水域波浪载荷,采用推板造波法和阻尼消波法构造二维数值波浪水池,通过液位观测线验证了水池造波和消波性能,确定了水池中波浪的稳定区域。利用Fluent软件动网格技术和SDOF模型研究波浪中二维浮体的流固耦合运动,对比实验浮体横向、纵向位移和角度偏转时域曲线,验证了模拟准确性。
2)分析了半潜驳船作为制造基底时,不同制造状态下浮态制造系统的流固耦合运动,得出各系统垂荡响应曲线较为接近,系统固有横摇周期Tω与重心至稳心距GM成反比,当Tω接近波浪周期T时,系统横摇幅值最大。得出实际制造过程中应通过半潜驳船压载水的调节和制造水域实时监测,使制造系统Tω值远离T值。
3)针对以海工平台底层分段作为制造基底时的流固耦合变形分析,采用速度入口造波法和阻尼消波法构建三维数值波浪水池,液面捕捉采用VOF方法,湍流采用RNGk-ε模型,通过液位观测线验证了数值水池的造波和消波性能。将制造基底模型放置于流场稳定区域内,通过迹线分析,得出制造基底底部水质点产生了周期性聚集和分散。布置压强观测点,得出迎波面压强的变化周期。
4)将流场计算结果导入ANSYSWorkbench流固耦合模块,研究单个流场载荷变化周期内制造基底流固耦合变形情况。选择变形量均值最大时刻作为研究对象,通过路径分析功能得出制造基底上表面径向板材边缘变形量沿结构四周至结构中部逐渐增大,周向板材边缘变形量沿迎波面至背波面逐渐增大。通过板材边缘平均变形量分析得到制造基底迎波面中部内圈平均变形量最小,背波面的wb1区平均变形量最大。得出实际制造时,应选择制造基底迎波面中部内圈作为初始制造位置,按照中心对称制造要求,逐步完成制造基底中部和外部区域分段的模块吊装,最终完成wb1区的制造。