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首页FPSO底部砰击运动与荷载的计算方法与预报
本文主要探讨了"FPSO底部砰击运动与荷载预报"这一主题,针对2009年船舶和土木工程领域的研究,提出了一个计算方法。该方法的核心是利用Green函数法来计算FPSO底部的运动谱,并通过频时转换将其转换到时域,从而实现底部砰击的发生预测。这种方法特别关注了波浪与船的遭遇相位角以及不同设计波周期对底部砰击荷载的影响,这是因为在实际操作中,这些因素对船舶的稳定性及安全性至关重要。 底部砰击是指在恶劣海况下,如剧烈的纵摇和升沉运动使船舶底部露出水面,当底部再次接触波浪时,会引发强烈的非线性冲击。对于像FPSO这样的无推进系统的海上石油开采设施,底部砰击荷载是其长期运营中必须面对的重要挑战,因为频繁的冲击可能会导致底部结构损坏,甚至威胁到整个船体的安全。 文章提到的计算方法借鉴了既有研究成果,如Wang等人结合环境因素和船体运动理论进行的冲击荷载计算,以及戴仰山等人运用切片理论和Ochi的经验公式在时域内的应用。这种方法不仅可用于预报FPSO在特定工作海域底部砰击的频率和荷载大小,而且适用于不同浪向角和装载状态下的预测,为底部板壳的疲劳分析提供了重要的输入数据。 这项研究为FPSO的设计、维护和运营提供了一种实用的底部砰击预测和荷载计算工具,对于保障海上石油设施的安全运行具有重要意义。通过采用先进的数学模型和实践经验,研究人员能够更好地理解和控制这种潜在的威胁,从而提高海上工程设施的抗冲击性能。
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第49卷第1期
2 0 0 9 年 1 月
大 连 理 工 大 学 学 报
Journal of Dalian University of Technology
Vol .49 , No .1
Jan . 2 0 0 9
船舶 、土木工程 文章编号 :1000‐8608(2009)01‐0082‐06
FPSO 底 部 砰 击 运 动 与 荷 载 预 报
王 言 英
倡
, 汪 鸿
( 大连理工大学 船舶工程学院 ,辽宁 大连 116024 )
摘要 :
提出了一种适用于 FPSO 底部砰击运动与荷载的计算方法 .用频时转换将以 Green
函数法计算得到的运动谱变换到时域中 ,实现底部砰击发生的预测 ;根据经验公式法 ,实现底
部砰击荷载的预报 .计算中考虑了波浪与船的遭遇相位角和不同设计波周期对底部砰击荷载
的影响 .该方法可方便地用于预报 FPSO 在其工作海域环境条件下的首底砰击荷载及其发生
的频率 ,其计算结果可作为砰击导致的 FPSO 底部板壳疲劳分析的输入 ,也同样适用于不同
浪向角和不同装载状态下砰击荷载预测的计算 .
关键词 :Green 函数法 ;频时转换 ;船舶运动 ;底部砰击 ;砰击荷载
中图分类号 :U661 .32 文献标志码 :A
收稿日期 :2007‐01‐10 ; 修回日期 :2008‐12‐01 .
基金项目 :“八六三”国家高技术研究发展计划资助项目 (2006A A09A104) .
作者简介 :王言英
倡
(1938‐) ,男 ,教授 ,博士生导师 .
0 引 言
底部砰击是指船舶航行或海洋结构物遭受恶
劣海况时 ,由于剧烈的纵摇与升沉运动 ,其底部露
出波面 ,在底部重新进入波浪中的瞬时 ,同波浪产
生猛烈的瞬时的非线性冲击现象 .
浮式生产储油船(FPSO)作为一种新型的工
程船舶广泛地用于海洋石油资源开发中 .它自身
没有推进系统 ,只是通过系泊系统动态地固定于
工作海域 .因此 ,在其整个营运周期中要承受所有
恶劣的海洋环境荷载 .FPSO 船首底部受到的周
期性的剧烈砰击 ,使其构件和外板产生疲劳凹陷
和损害 ,甚至危及整个船体安全 .
很多学者对船体底部砰击进行了大量的研
究 .目前 ,主要有规范法 、试验法和理论计算法 .
Wang 等
[1]
考虑环境因素的作用 ,将船体运动和
砰击理论计算相结合 ,利用工程软件对 FPSO 首
部区域的冲击荷载提供了直接计算方法 .戴仰山
等
[2]
将切片理论和 Ochi 的源于试验所提出的经
验公式相结合 ,在时域中计算某一给定波列作用
于船体产生的底部砰击荷载 .考虑到 FPSO 船型
的特殊性 ,本文采用三维频域 Green 函数法程序
计算船舶运动
[3]
,利用频时转换在时域中预测各
种海况下 FPSO 底部砰击的发生 、发生的频率和
荷载 ,并将其结果作为船底结构疲劳分析的输入
信息 .
1 船体与波面垂向相对运动谱分析
1 .1 垂向相对运动的位移谱和速度谱
应用 三 维 频 域 Green 函数 法 计 算 船 舶 运
动
[3]
,引入对地坐标系 OX Y Z ,原点 O位于未扰动
的水面上 ,该空间坐标系用于描述入射波 ;随船平
动坐标系 ox
y
z ,原点 o 位于未扰动的水面上 ,ox
y
平面与静水面重合 ,ox 轴沿船航行方向 ,oz 轴垂
直向上 ,通过船舶的重心 ,该坐标系随船的平均速
度移动 ,用以描述船舶周围的扰动流场 ,建立船舶
的运动方程 ,构成表征船舶摇荡位移和姿态的基
准 ;连体坐标系 Gx
b
y
b
z
b
,原点 G 为船舶重心位
置 ,用该坐标系表述船体表面 .在得到船体升沉和
纵摇运动的频率响应函数后 ,根据规则波理论 x
剖面相对于波面垂向运动的幅值和相位角分别为
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