极端波群作用下单点系泊FPSO运动响应的数值模拟研究

作     者：李克恒 

作者单位：大连理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：马玉祥

授予年度：2021年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 082002[工学-油气田开发工程] 

主      题：极端波浪 新波理论 约束新波理论 波群识别 AQWA 

摘      要：随着我国海洋强国战略的持续进程,我们不断地发掘海洋资源,越来越多的海洋作业平台被投入使用。但是海洋波浪不易预测,海面变化瞬息万变,海上作业平台的安全保障成为了重中之重。近年来,多起极端波浪破坏事件发生,造成大量人员伤亡和严重的经济损失,因此为了研究极端波浪作用下海上结构物的运动响应,本文基于经典AQWA,探究在不同海况条件下,单点系泊FPSO系统在采用“新波模型和“约束新波模型,以及罕见波群（Rare wave groups）识别方法确定的极端波群的运动响应规律。本文首先介绍了三种极端波群理论,并进行了数值模拟,对比分析了三种极端波群理论的优缺点以及谱宽和周期对波群形态的影响。进而基于这三种极端波群理论对FPSO进行动力响应分析。采用的模型为15万吨级的FPSO单点系泊系统,3×3组系泊缆绳,海况条件为中国南海6级海况、8级海况以及9级海况,谱型为P-M谱和JONSWAP谱。本文就极端波群对FPSO运动响应规律进行了一下三个方面的研究:（1）分析了三种极端波群理论异同,以及周期和谱宽对理论模型产生的极端波群波浪形态产生的影响,研究发现周期越大,对极端波高与相邻波峰之间的时间间隔越大;谱宽参数对于波浪形态并无明显影响,但是海浪谱越窄,极端波峰附近的大波越密集,相邻的波峰也越高。（2）采用时域模型分析了500组3小时随机波浪作用下,风浪流共线共同作用下来浪方向对FPSO运动响应的影响,及各响应的统计分布规律,为后续的模拟环境条件提供参考依据和对比数据,研究发现在风浪流共线条件下,入射角度对于FPSO运动响应极值的分布并无显著影响,因此在后续分析中采用180°迎浪工况进行分析对比。（3）分别基于三种不同的极端波群理论生成极端波群时间序列,并且模拟了FPSO在这些极端波浪作用下的运动响应,统计分析了在不同海况不同理论条件下运动响应的累积分布函数,并与随机波浪下的数据进行对比,给出工程设计当中更适宜采用的极端波群理论。研究发现“约束新波理论的极值分布能够涵盖时域分析结果,工程采用该理论进行分析设计较为安全可靠;采用罕见波群理论发现波数为3、5的波群造成的运动响应会大于单一的极端波产生的影响。