FPSO单点系泊水动力响应研究综述
0 引言
浮式生产储油船(Floating Production，Storage and Offloading System，简称FPSO)最早出现在1977年，是西班牙壳牌公司将一艘商业游船改装而成的，并服役于地中海的卡斯特伦油田。FPSO的概念包括FSP(Floating Storage and Offloading)，即浮式储油卸油装置，集成了处理、生产、储油及外输等多种功能，一艘FPSO实际上就是一个海上移动的大型石油加工厂。FPSO没有动力，通过位于艏部的单点系泊装置长期系泊在油田附近，与采油输油装置、穿梭油船组成一套完整的生产系统，是海上石油开发的重要战略装备，如图1.1。FPSO可以比较方便地转移避险或重复使用，与其产生的附加产值相比，造价较低，并且对于传统的导管架平台或者重力式平台，随着水深的增加制造成本以及安装维护成本都大幅增加，FPSO由于只需系泊系统固定在指定区域，因此随水深的增加成本增加相对较少。因其几乎适用于所有水深，逐渐成为石油开发的主流工具。
图1 FPSO生产系统
Fig1 FPSO production system
大多数FPSO都采用单点系泊系统，其特点是FPSO可以绕其上一点自由转动，从而长期系泊定位于特定海域进行油气的生产作业，在环境荷载条件下产生风标效应，最大程度地减少风浪流的作用力。同时单点系泊系统也有利于穿梭油轮卸油，油轮与FPSO艏艉串联，两浮体同时绕系泊点自由转动，操作方便安全。根据水深和环境荷载的不同，目前发展的单点系泊（SPM）类型有单锚腿系泊(SALM)，悬锚腿系泊(CALM)，转塔式系泊(Turret Mooring)和软刚臂系泊(Soft Yoke Mooring)等多种类型。常规水深、深水及超深水中应用最多的是转塔式系泊系统，包括内转塔式和外转塔式两种。
1 FPSO与系泊立管系统耦合水动力预报分析研究进展
风、浪、流等环境荷载的作用下，系泊状态下FPSO水动力性能的数值预报从第一艘FPSO诞生开始就一直是学者们研究的热点问题。早期的研究主要基于线性势流理论，对FPSO的一阶波浪力和一阶运动进行数值仿真预报，研究结果表明，FPSO一阶波浪力以及一阶运动幅值的大小与波高成线性比例关系，频率与入射波的频率相同。随着研究的深入，发现系泊FPSO在不规则波作用下的运动不仅包括一阶运动[4]（也就是波频运动），还包括周期较长的二阶运动[5]（也就是平面慢漂运动）。二阶力的数量级较一阶力是小量，但是却能引起大幅度的水平面运动，这是因为在某些自由度上，FPSO的固有频率与波浪非线性作用产生的低频作用力频率相近，产生共振引起的。FPSO的大幅漂移使系泊力也大幅增加，准确预报这种大幅的慢漂运动与系泊力是系泊系统设计中的关键。
很多学者对FPSO在不同海况条件下的二阶慢漂运动、二阶慢漂力进行计算分析，工程中广泛运用的慢漂力及慢漂阻尼的计算方法依然是压力积分法，即利用摄动展开法，沿浮体湿表面进行压力积分，得出作用在浮体上的二阶波浪力的二次传递函数。具体的数值计算通常有两种方法[6]：1)完全QTF法，即通过绕射/辐射理论数值计算得到二阶波浪慢漂力的QTF矩阵；2)采用Newman近似，即假定当系统自然频率很小时，差频力可通过平均波浪慢漂力(对角线上的平方传递函数)进行近似，系泊FPSO低频共振运动的幅度极大地依赖于阻尼的大小，必须正确地估算低频慢漂运动阻尼。
Alexandre N. Simos[7]分析了单点系泊系统受洋流影响的动态不稳定性，确定了影响整个系统的水动力参数，分析了小扰动下这些参数的变化。
魏跃峰等[8]测量了浮式钻井生产储卸油装置（Floating drilling production storage and offloading，简称FDPSO，在FPSO上增加了钻井功能）垂荡、横摇和纵摇三个自由度运动的固有频率和阻尼系数，获得了船体在迎浪、斜浪以及横浪状态下的六自由度运动幅值响应算子（RAOs），模拟了多点系泊FDPSO 在南海海域遭遇一年一遇、百年一遇海况下船体的六自由度运动和系泊缆张力时历。
赵文华等[9]实测了台风过境过程中FPSO的运动响应参数，根据实船测量数据对FPSO数值模型进行了修正。
Arcandra[10]建立了平台、系泊缆索、立管系统的水动力模型，分析了整个系统的静力以及动力特性，联合运用Newton-Paphson模型和Newmark模型，确保平台和系泊、立管系统的耦合求解，然后进行了非线性风、浪、流条件下的FPSO 的水动力分析，利用WAMIT计算了一阶、二阶水动力，最后给出实例，聚酯纤维缆绳系泊的Spar平台的水动力分析。一系列验证试验表明WINPOST-POL Y新的运动方程的结果与原始的WINPOST运动方程的结果是一致的。
Sang-Yun BAE[11]采用高阶边界元法对非线性波浪-流共同作用下的FPSO进行了数值模拟，并对衍射和辐射波进行了时域计算。对于远场边界条件，运用Orlanski截断边界条件来消除反射波的影响，不难发现，高阶边界元法更适合像FPSO一样的复杂模型。
H. B. Bingham[12]提出一种新的计算方法，用于在有限水域中模拟约束浮体波浪诱导运动。运用势流理论描述了波浪与浮体之间的相互作用。利用修改后的Boussinesq理论预报了波浪在从深海传播到浮体所锚泊的海岸时的运动，所用模型考虑了浅水非线性波的衍射作用，以及最重要的次谐波的作用。采用恒力模型计算了非线性波的辐射以及衍射力，这种模型包含了瞬时的非线性锚泊力，计算结果与实验结果吻合良好。
M. H. Kim等[13,14]建立了6000英尺（即1828.8米）水深，转塔系泊FPSO
的船体、锚泊、立管系统耦合水动力模型，对其进行了时域分析，并在美国休斯顿的OTRC水池中进行了试验，在非定常风、百年一遇的波浪条件下FPSO六自由度运动以及锚泊系统的系缆张力分析，预报值与试验室吻合良好。
Mamoun Naciri[15]、Robert Grant[16]等分析了单点系泊LNG运输船的浅水低频运动；Mamoun Naciri在MARIN水池对浅水LNG船及其软刚臂系泊与卸载系统进行的模型试验和数值计算研究情况和结果，发现浅水系泊LNG船的水动力预报存在诸多特定问题，包括：系泊LNG船固有的弱阻尼特性、波浪慢漂力的浅水效应、流对慢漂力的影响、浅水池中低频长波的结构等，文章对此进行了讨论，指出了这些问题的重要性并提供了指导性建议[6]。
Carl Trygve Stansberg等[17]建立了浅水波浪力模型，浅水中二阶低频波明显加强。Cedric Brun[18]、Carl Trygve Stansberg[19]介绍了二次运输函数在浅水系泊LNG 船分析中的运用，对各种慢漂力计算公式在浅水中的应用进行了比较，计算得知FullQTF方法尽管结果精度更高但计算速度太慢。Byeong W. Park[20]基于Boussinsq方程分析了浅水系泊船舶的动力响应。
上海交通大学的冯爱春[21]分析了一座悬链式系泊半潜平台，在不规则波中的运动响应及其系泊张力特性，并与模型试验结果相比较，两者吻合良好，表明了波频载荷计算的绕射与辐射理论，以及基于弹性杆模型的系泊立管动力响应计算方法的可靠性。进而对有锚链发生断裂时，平台运动谱及锚链缆张力谱的变化特性进行了分析。
肖龙飞，杨建民等[5]对单点系泊FPSO在极浅水中波浪作用下的低频响应进行频域数值计算与模型试验研究，计算结果与试验结果符合良好。试验中的波浪校验结果显示，在不规则波浪谱中出现明显的低频成分。由此产生了一阶低频波浪力，其能量谱是通常二阶波浪力谱的近百倍，导致FPSO在极浅水中所受低频
波浪力大大增加，并引起极大幅度的共振纵荡运动响应。
李欣[1]在其博士论文中采取理论分析、数值计算与模型试验相结合的研究方法，分析研究了FPSO在浅水海域百年一遇环境条件下的运动、系泊力及碰底情况，考虑了其安全性、稳定性的问题，进而对系统在浅水中的特性作了进一步的研究，分析浅水中水深吃水比变化时FPSO的运动及系泊力变化，当水深不变时，波频运动随着吃水的增大，即船底与海底的间隙的减小而明显呈减小趋势，此现象也称作浅水效应，虽然船底与海底的间隙很小，但运动的幅度亦随之减小，因此在水深变浅时并不容易发生碰底的现象。通过浅水效应的应用可以对FPSO的船型进行优化，适当增大吃水，增大储油量。
余建星等[22]、张纬康等[23]研究了风、浪、流联合作用下单点系泊船的受力问题，应用Newman公式计算波浪漂移力，提出了不同方向风、浪、流联合作用时单点系泊船所受到的横向力、纵向力和回转力矩的计算方法，提出了风浪同向时,不同风流夹角组合对应的船舶平衡位置的确定方法，为缆绳、锚的选择以及舵角的控制提供了依据。最后通过算例验证了本方法的适用性和实用性。
2 FPSO系泊系统设计分析研究进展
对于系泊线的特性研究主要是确定系泊线的空间位置和系泊线张力分布情况，系泊结构物在受到风流浪作用下的运动与系泊系统的运动耦合，是一个复杂的运动过程，对其开展深入研究对于海洋油气开采的安全具有深远意义。FPSO 锚泊系统受到缆索数量、布置形式以及角度等很多方面因素的影响，锚泊系统的质量直接关系到FPSO的定位与安全。
随着海洋开发的进程，FPSO的工作水深在不断增加，要求其锚泊系统在满足定位要求的同时尽可能的减轻重量降低成本。为满足经济性的要求，锚泊线的组成成分也从单一的锚链、锚索，发展到锚链、锚索、纤维绳乃至电力机械缆等多种成分合成锚泊线。因此研究多成分合成锚泊线的最优设计是目前研究锚泊系统的一个热点问题。FPSO系泊系统的研究方法可以分为两种：静力分析法和动力分析法[35]。
2.1静力分析法
静力分析法通常在系泊系统初步设计时采用，在系泊系统的力学分析中，将系泊缆索看作静力部件，利用静态平衡的方法来计算系泊线的有关参数以及系泊线的张力。静力分析法简单实用，把外力看成静态载荷，计算系泊线时采用的悬链线模型或二次抛物线模型，多数情况下可满足工程应用的要求，但也存在缺点，就是未考虑系泊线的弹性和系泊张力的动力特性。1970年Reha和Hebertl依据悬链线理论推导了单根锚链在发生水平、垂直位移锚链张力和位移之间的关系，根据
静力分析法采用悬链线模型或二次抛物线模型对系泊线的受力进行了分析计算，并在此基础上对海底锚点有仰角的系泊曲线和带块重、浮筒的系泊曲线进行了公式推导。
Chai-cheng Huang[36]考虑长期环境荷载，研究了锚泊线的疲劳断裂，给出了不同材料、不同直径锚泊线的疲劳周期，为工程实用提供了借鉴。
Iordan C. Matulea[37]介绍了一种基于有限差分的新的数学模型和数值方法，用来预测多成分复合系泊缆的静态平衡结构。
何静[35]、张火明[38]、潘甜[39]等在一定假设的基础上依据悬链线理论对单一成分锚泊线和两成分锚泊线组成的系泊系统进行了静力分析。
孙金伟[40]采用悬链线法和有限元法对分组式系泊平台和对等式系泊平台进行了静力特性分析，计算了单根系泊缆的张力与位移关系曲线以及系泊系统回复力与平台位移的关系曲线。
2.2动力分析法
静力分析法大部分情况下都采用准定常模型进行分析，对不定常外界环境载荷的作用并没有考虑，这是不符合实际的。所谓动力分析法，就是在准定常载荷与缆索许用强度（或断裂强度）之间留有一定的余度，以承受附加于准定常载荷上的动力载荷，并补偿实际缆索强度的某种不确定性的影响。
锚泊线的力与位移是多项式（非线性）关系，因此锚泊线的动力性能是非常复杂的，但由于工程需要，又必须研究锚泊线在非定常环境载荷作用下能否满足应力要求，系统能否满足系泊定位要求[41]。随着计算机技术的提高，数值计算在解决单点系泊问题中的作用越来越大。经过长期总结，人们建立了一系列计算模型，采用了许多计算方法，其中有有限元法(finite element methods，FEM)、有限差分法(finite difference methods，FDM)、集中质量法(lumped mass methods，LMM)及摄动法(perturbation methods，PM)等。
对这些方法进行归纳，系泊线常采用的数值模型大致有两种：一种是将锚泊线视为质量连续分布的弹性介质；另一种是将锚泊线以有限个质量点的离散集中分布来代替。
R. Pascoal等[42]提出了一种锚泊线的简化模型，它能快速分析出船体与系泊系统的耦合作用。泊线模型的参数由多相正弦信号激励的缆索动力学模型识别程序决定，所得到的简化模型可用于稳定性分析。
F. G. Nielsen[43]研究了淹没在水中的锚泊线，基于缆绳拉力大于缆绳重量的假设，给出缆绳的张力方程以及缆绳上的粘性阻尼方程，从而得到了缆绳最大张力的简单近似公式以及缆绳阻尼，近似结果与有限元计算以及模型实验结果进行了比较，吻合良好，表明该方程考虑了产生影响的主要物理量且计算速度很快。
袁梦等[44]采用时域有限元法建立了缆索方程的数值计算模型，通过给定上端点正弦运动对锚泊线进行动力计算，与试验结果进行了比较结果吻合良好。
3 FPSO系泊系统动态响应研究
系泊浮体与锚链、浮筒共同组成系泊系统，但系泊浮体没有完全被固定，它可以随着风、流、浪等外在环境载荷的作用而产生6个自由度的摇荡，如何保证系统正常工作而不发生大的运动响应，保证人员和装备的安全是需要解决的问题[45]。系统动力响应主要是研究系泊浮体（本文中指FPSO）的运动以及锚泊线参数变化两方面内容。
对于系统动力响应研究常采用数值模拟和实验验证，数值模拟方法包括频域模拟和时域模拟。频域分析法发展较早，特别是线性频域理论己经相当成熟，但是实际上许多模型实验中发现的现象用常规频域理论无法解释，因为频域法通常只适用于稳态问题，对瞬变或者强非线性问题效果较差。时域理论则是一种不分离时间项的理论方法，对于不规则波浪与结构物的相互作用问题，时域方法可实时模拟出波浪运动和结构运动响应[46]。
魏跃[47]给出了FPSO六个自由度的运动情况和导缆孔处张力结果，得出作用在FPSO上的波浪漂移力与一阶波浪激振力在同一个数量级上，且都比较大。卢西伟[48]通过三维不规则波浪、潮流水池物理模型实验，针对20、30万吨油轮三个载量(满载、半载、压载)进行了单纯波浪作用、单纯潮流作用、波流混合作用下的缆绳张力以及船舶的运动量。
T. E. Schellin[49]模拟了稳定流中单点系泊系统的系泊荷载以及水平运动响应。A. Umar[50]进行了一阶、二阶波作用下的多点松弛缆绳浮筒系泊的非线性水动力响应分析，并对六根松弛缆绳系泊在海底的空心圆柱筒在5m/5s，12m/10s，18m/15s三种波浪条件下的动力响应分析，研究表明二阶波浪力会大大影响系统的稳定性。
J. I. Gobat等[51]介绍了一种分析海洋缆索结构静态及水动力响应的程序，控制方程中包含了缆索的几何及材料非线性，分析了缆索以及海床的相互作用，基于广义的时间积分算法，自适应时间步长和自适应空间网格提出了一种精确、稳定的动力问题解决方案，解决了水下单点系泊、多锚腿系泊和多腿阵列系泊系统的问题，及其牵引力和漂移力问题。
A. O. Vazquez-Hernandez等[52]考虑南海的环境参数模拟了三个不同地理位置处的FPSO，长期响应分析结果与使用极端环境分析的方法相比较，结果表明长期作用的响应分析结果比其他分析方法得到的结果更有意义。
Jun Sik Han[53]、周素莲等[54]从对16(4×4)根系泊线、12(4×3)根系泊线以及
8(4×2)根系泊线几种系泊形式进行比较分析，在时域内分析了系泊线张力以及运
动响应。
4 结语
本文开始对FPSO及其单线系泊系统作了初步介绍。然后介绍系泊立管的水动力预报最新国内外研究进展和系泊系统响应的研究进展，及其FPS系泊系统设计分析的若干最新进展。
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第八届全国振动理论及应用学术会议论文集，上海，2003年11月 移动载荷作用下连续梁的动力响应分析 钟卫洲1, 2，罗景润1，高芳清3，徐友钜1 （1.中国工程物理研究院结构力学研究所，绵阳 621900；2.中国工程物理研究院研究生部，绵阳 621900; 3.西南交通大学振动与强度实验室，成都 610031） 摘要： 本文以磁悬浮交通轮轨接触车桥动力行为研究为背景，把车辆对桥梁的动力作用简化为一个稳态力和一个低频扰动力，把连续钢桥梁简化为伯努力—欧拉梁，建立了车辆过桥的力学模型和振动微分方程，运用模态分析法得到了该微分方程的解析解，分析了连续桥梁频率方程、模态表达式以及低阶模态。援引德国TR06和连续钢梁的参数对不同速度的移动荷载下连续钢梁的动力响应进行计算分析，给出了相应条件下连续梁的动挠度曲线（w-t图和w-x图），并分析了桥梁的动力响应特征。本文的研究为评定桥梁在高速车辆作用下的稳定性和安全性提供了参考。 关键词： 连续梁；模态分析；动力响应；动挠度 Dynamic Response Analysis of Continuous Beam Under Moving Load ZHONG Wei-zhou 1, 2, LUO Jing-run 1, GAO Fang-qing3, XU You-ju 1 (1.Institute of Structural Mechanics of CAEP, Mianyang 621900; 2.Graduated School of CAEP, Mianyang 621900; https://www.doczj.com/doc/69112142.html,boratory of Vibration and Intensity of SWJTU, Chengdu 610031) Abstract: This paper is based on the background of the study of the dynamic behavior between maglev vehicle and guideway. The moving force exerting on the bridge is simplified as a steady force and a pulsating force with low frequency. The continuous steel beam is taken as Bernoulli-Euler beam, then the corresponding force model and vibrating equation of the bridge is established. The modal analysis method is applied to solve the equation of vibration. Frequency equation, analytical solution of mode of the beam and the lower modes are analysed. By quoting the data of TR06 of German, the dynamic response of continuous beam is obtained under moving vehicle at several typical speeds. The results of this paper can be taken as reference to assess security and stability of a bridge under moving load.
第十章单点系泊系统 第一节概述 海上油田的原油输出，目前大多采用铺设海底管道或油轮驳运两种方式，而油轮驳运则需设单点系泊供停靠。油田产量稳定高产时，这两种方法各有利弊；当油田开采寿命可疑时（产量少、不稳定）不宜采用海底管道，因其投资大，难于回收，施工难度大，工期长，在海水过深和环境条件恶劣时，还无法施工，采用单点系泊系统就可解决此难题。同时，无论单点系泊系统以何种类型系住油轮都可自由地绕着单点系泊转动，能使油轮处于海浪流速和风速以及风力综合造成的最小阻力位置。另外，原油运输费用随着油轮吨位的增加而明显下降，促使巨大型油轮日益增多，而人造深水港的费用高，施工周期长。因此，从可靠和经济的观点考虑，采用单点系泊系统实为一种最佳选择。近50年来，为了适应海上油田的开发和深海恶劣环境条件的要求，单点系泊的技术日新月异，得到了很大的发展。目前世界上单点系泊装置的类型增多了，技术越来越先进并纳入规范，美国船级社（ABS）早在1975年就颁布了单点系泊系统建造入级规范。国外研制单点系泊系统比较著名的公司有：SBM公司、IMODCO公司、SOFEC公司、MCDERMOTT公司等。 单点系泊系统从20世纪50年代后期发展到现在，已经成为广泛使用的一种海上系泊油轮的方式。它对海上油田的开发起着极为重要的作用，具有很多优点，而且这种技术本身还在不断地发展之中。归纳起来，它适用于以下几个方面： ①可作为进出口原油的深水港，供大型或超大型油轮系泊和装卸原油，能充分发挥大型油轮经济运输的优越性，而不必花费巨额投资去建设深水港。 ②海上大型油田的开发是十分复杂的，固定生产设备的投资大，建设时间长，在储量尚未充分掌握之前，很难作出切合实际的技术决策，采用单点系泊装置为核心的早期生产系统，可以提早开发油田，为油田永久性开发的技术决策提供依据。 ③单点系泊装置是边际油田、深海油田及离岸遥远油田经济开采的先进技术手段。 ④可在经济上或技术上不宜铺管的海域代替海底输油管道。 ⑤能系泊海上石油加工处理厂，回收和利用石油伴生气，使海洋石油资源得到合理利用。 271
用有限元方法进行摩托车动力响应分析 文>>月辉史春涛骞郝志勇 摘要本文采用有限元方法对某125型骑式摩托车进行了动力响应分析。文章首先建立了摩托车整车的有限元模型，并利用该模型进行摩托车整车的动态特性计算，取得了和实验模态分析一致的结果。而后分析了摩托车在发动机激励和路面不平度激励下的整车动力学响应特性，得出了具有工程参考价值的结论。 关键词摩托车应力有限元法 本文采用有限元方法研究了摩托车整车结构的动态特性，并进行了在各种激励作用下的动力响应分析，得到了发动机车架的应力场，可用于进一步的摩托车强度分析。 1、摩托车有限元模型的建立 摩托车有限元模型如图1所示。 摩托车的车架结构大多是由各种截面形状的梁组合而成的空间框架结构，而且其截面尺寸，包括直径、壁厚，与构件长度相比很小，因此选用空间的直梁或者曲梁单元来离散车架结构，而车架的一些板件和加强盘可以采用空间板元模拟，各种梁单元的截面力学特性可用有限元程序的前处理模块或CAD软件计算。 摩托车的发动机具有较大质量，同时也具有很大刚度。考虑到发动机在车体结构中所起的作用及变形小的特点，将发动机简化为若干个板单元，这些板的总质量应与发动机的质量相同。然后，根据发动机与车架的实际连接方式，将由这些板单元模拟的发动机与车架组装到一起。 摩托车的减振器主要作用是支撑车体并缓和振动与冲击。考虑到减振器的结构与作用，简化后减振器的模型在受到载荷时应具有较大的轴向位移，同时又要有较大抗弯刚度。本文把减振器简化为一种梁单元和弹簧阻尼单元的综合体——轴向刚度由弹簧阻尼单元提供，而抗弯刚度由梁单元提供。 摩托车车轮主要由轮胎和轮辋组成，其中轮胎直接与路面接触，与摩托车悬挂共同缓和摩托车行驶时所受到的冲击，并协助减振，轮辋是固定轮胎的骨架，它与轮胎共同承受作用在车轮上的负荷。轮辋可以采用若干个梁单元模拟，轮胎
７０ ＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＶｏｌ畅４５，Ｎｏ畅５，２０１５工业建筑 ２０１５年第４５卷第５期石油化工框架式高塔结构动力响应分析 何国富 姜颜宁 杨 青 金 微 （中国石化集团上海工程有限公司，上海 ２００１２０） 摘 要：以某石油化工工程中的大长径比框架式高塔为对象，采用时程分析法，分析地震作用下设置限位导向支架的框架式高塔的结构响应，并与采用组合结构模型的框架塔进行对比分析。分析表明，设置限位导向支架的框架式高塔，塔体水平位移幅值变化具有时段性增大特征，最大塔顶位移比组合结构模型的框架塔增大约５０％；地震作用将导致框架与塔之间产生振荡接触，接触产生的压力以脉冲方式作用到塔体上，并在塔体局部区域产生应力集中和应力幅值极速变化；框架塔的结构模型对塔体底部的应力变化和框架支座反力变化的稳定性影响不大。分析同时认为，设置限位导向支架的框架塔属于多体系结构，采用单一组合结构模型进行工程设计存在一定的安全隐患，建议在目前缺乏设计标准明确规定的条件下，地震作用分析宜采用时程分析法。 关键词：框架式高塔；地震响应；时程分析；非线性接触 ＤＯＩ：１０畅１３２０４／ｊ．ｇｙｊｚ２０１５０５０１６ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥＤＹＮＡＭＩＣＲＥＳＰＯＮＳＥＡＮＡＬＹＳＩＳＯＦＴＡＬＬＦＲＡＭＥＤＴＯＷＥＲＦＯＲＰＥＴＲＯ－ＣＨＥＭＩＣＡＬＰＲＯＪＥＣＴＳ ＨｅＧｕｏｆｕ ＪｉａｎｇＹａｎｎｉｎｇ ＹａｎｇＱｉｎｇ ＪｉｎＷｅｉ（ＳＩＮＯＰＥＣＳｈａｎｇｈａｉＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ．Ｌｔｄ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００１２０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇａｐｒａｃｔｉｃａｌｈｉｇｈｆｒａｍｅｄ－ｔｏｗｅｒｗｉｔｈｌａｒｇｅｌｏｎｇ－ｄｉａｍｅｔｅｒｒａｔｉｏｆｏｒｐｅｔｒｏ－ｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｊｅｃｔａｓｔｈｅｏｂｊｅｃｔ，ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｈｉｇｈｆｒａｍｅｄ－ｔｏｗｅｒｗｉｔｈｇａｐｌｉｍｉｔｉｎｇｓｕｐｐｏｒｔｕｎｄｅｒｔｈｅｓｅｉｓｍｉｃｅｆｆｅｃｔｗａｓａｎａｌｙｚｅｄｗｉｔｈｔｉｍｅ－ ｈｉｓｔｏｒｙａｎａｌｙｓｉｓ，ｗｈｏｓｅｒｅｓｕｌｔｓｗｅｒｅｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈａｃｏｍｂｉｎｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｍｏｄｅｌ．Ｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｃｈａｎｇｅｉｎｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｈｉｇｈｆｒａｍｅｄ－ｔｏｗｅｒｗｉｔｈｇａｐｌｉｍｉｔｉｎｇｓｕｐｐｏｒｔｈａｄｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｉｎｃｒｅａｓｅｉｎｔｉｍｅｓｔｅｐ，ｍａｘｔｏｐｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆｔｏｗｅｒｗａｓ５０％ｇｒｅａｔｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｔｈｅｈｉｇｈｆｒａｍｅｄ－ｔｏｗｅｒｏｆｔｈｅｃｏｍｂｉｎｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｍｏｄｅｌ；ａｎｄｔｈｅｓｅｉｓｍｉｃｅｆｆｅｃｔｗｏｕｌｄａｌｓｏｃａｕｓｅｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎｃｏｎｔａｃｔｂｅｔｗｅｅｎｔｏｗｅｒａｎｄｆｒａｍｅ，ａｎｄｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｇｅｎｅｒａｔｅｄｂｙｔｈｅｃｏｎｔａｃｔａｃｔｅｄｏｎｔｈｅｔｏｗｅｒｓｈｅｌｌｉｎｍｏｄｅｏｆｐｕｌｓｅｆｏｒｃｅ，ｗｈｉｃｈｃａｕｓｅｄｓｔｒｅｓｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｉｎｌｏｃａｌａｒｅａａｎｄａｒａｐｉｄｃｈａｎｇｅｉｎｓｔｒｅｓｓａｍｐｌｉｔｕｄｅ．Ｔｈｅｔｙｐｅｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅｍｏｄｅｌｈａｄｌｏｗｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｓｔｒｅｓｓｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｔｏｗｅｒｂｏｔｔｏｍａｎｄｒｅａｃｔｉｏｎｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｆｒａｍｅｓｕｐｐｏｒｔ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓ，ｉｔｃｏｕｌｄａｌｓｏｂｅｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄｔｈａｔｔｈｅｈｉｇｈｆｒａｍｅｄ－ｔｏｗｅｒｗｉｔｈｇａｐｌｉｍｉｔｉｎｇｓｕｐｐｏｒｔｗａｓａｍｕｌｔｉ－ｓｙｓｔｅｍｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｔｈｅｒｅｗｏｕｌｄｂｅｓｏｍｅｒｉｓｋｓｉｆｔａｋｉｎｇｓｉｎｇｌｅｃｏｍｂｉｎｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｍｏｄｅｌｔｏｐｅｒｆｏｒｍｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｄｅｓｉｇｎｆｏｒａｈｉｇｈｆｒａｍｅｄ－ｔｏｗｅｒ．Ｕｎｄｅｒｔｈｅｃａｓｅｏｆｎｏｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｓｔｉｐｕｌａｔｉｏｎｏｆｃｕｒｒｅｎｔｄｅｓｉｇｎｃｏｄｅｓ，ｕｓｅｏｆｔｉｍｅｈｉｓｔｏｒｙａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄｗａｓｓｕｇｇｅｓｔｅｄｆｏｒｓｅｉｓｍｉｃｅｆｆｅｃｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈｆｒａｍｅｄ－ｔｏｗｅｒ；ｓｅｉｓｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅ；ｔｉｍｅ－ｈｉｓｔｏｒｙａｎａｌｙｓｉｓ；ｎｏｎｌｉｎｅａｒｃｏｎｔａｃｔ第一作者：何国富，男，１９６１年出生，教授级高级工程师。电子信箱：ｈｅｇｕｏｆｕ．ｓｓｅｃ＠ｓｉｎｏｐｅｃ．ｃｏｍ收稿日期：２０１４－１１－０６ 与火炬塔架不同，自承式大长径比高塔依靠自 身强度和刚度承受外载荷，是石油化工装置中常见 的一种设备形式。当风荷载或地震作用较大时，完 全依靠塔体自身来承受载荷将显得不尽合理，采用 框架辅助结构作为高塔塔体的侧向支撑，形成塔体 和框架的整体协同工作是一种常见的做法，此类形 式一般称为框架式高塔（以下简称“框架式高塔”）。 “框架式高塔”的协同工作有两种基本模式，一种是 塔与框架两个子结构通过连接约束，在运动过程中 结构响应始终耦合为一个整体结构；另一种是两个子结构始终独立，仅在运动过程中的某个瞬时段内存在由于变形不同步而发生相互接触和作用。从结构体系特征来看，前者属于组合结构，后者则属于多体系结构。
单点系泊防污探索 单点系泊技术是一种先进的海上原油装卸技术，通过单点浮筒这种“浮动的码头”，就可以供大型油轮系泊和装卸原油，充分发挥了大型船舶运输的优点，符合世界航运事业发展的趋势。单点系泊技术的出现，改变了港口码头概念，摆脱了地理环境的束缚。这种技术己作为一种成熟的海上中转、仓储、过驳技术被世界各国竞相采用，世界各地正在使用的单点系泊已达到400多套。与修建码头相比，单点系泊具有投资少，见效快，回收投资周期短，无需深水岸线和航道等优点。茂名港二十五万吨级单点系泊是我国引进的第一套单点系泊系统，1994年11月建成投产至今，己安全营运了9年，取得了良好的经济效益，并积累了一定的管理经验。本文旨在在茂名港单点系泊防污实践的基础上，探索单点系泊防污抗污的有效途径。 一、单点系泊技术 单点系泊系统由锚泊系统、单点浮筒、三臂旋转系统、水下软管、海底管线系统、漂浮软管系统、系泊缆等几大部分组成，单点浮筒由锚泊系统固定在指定的海洋位置，通过水下软管与海底管线连接，其上面装有三臂旋转系统，由系泊臂、输油臂、平衡臂组成，能360度旋转，输油臂连接漂浮软管，系泊臂连接系泊缆，平衡臂起平衡作用，使浮筒保持正浮状态。卸油时，超级油轮通过系泊缆系泊在单点浮筒上，漂浮软管与油轮上管汇相接，油轮油舱内的原油由油轮上的货油泵输送，通过连接在油轮
管汇岐管上的漂浮软管，到达单点浮筒中央的旋转头——产品分配装置，再经浮筒内的固定管道，通过水下软管和海底管线到达岸上油罐。旋转头是单点系泊系统的技术核心，能确保三臂旋转系统绕浮筒360度旋转时，原油能不渗漏地顺利装卸。卸油时，油轮带动三臂旋转系统一起围着浮筒外壳360度旋转，使船首总是迎着风流，始终处于最小的受力状态。 二、单点系泊防污特点 单点系泊系统由于结构的特殊性，所处海域位置较为开阔、气象、海况等自然条件较港湾码头更为复杂恶劣，防污任务更为艰巨，防污抗污也呈现出不同的特点： （一）、系统结构复杂，防污任务重。单点系泊的防污监督管理，应包括单点系泊及靠泊油船两部分。与港内油码头相比，单点系泊更复杂，设备容易损坏，污染海洋更直接，防污任务更重。单点系泊系统在海上有相当长的管线——海底管线、水下软管、漂浮软管、浮筒。以茂名港单点系泊为例，系统有海底管线15.32公里，水下软管30米，漂浮软管298米。由于设备长年累月处在恶劣的海况下，经受台风、热带气旋、海浪、潮流的袭击，经历恶劣的天气变化，对系统设备的损害非常严重，比较容易损坏造成污染事故的环节有水下软管、漂浮软管、单点浮筒及管路上的各种阀门、软管与软管和软管与浮筒的接合点等部分，漂浮软管上的破断阀也是单点防污的重要环节，按照设计，漂浮软管受到强拉力时，能够最先自动解脱，并且能自动关闭，以在紧急
沙湾矮塔斜拉桥静动力特性分析 本文以广州东新高速公路沙湾特大桥矮塔斜拉桥为工程背景,开展矮塔斜拉桥结构性能的分析研究,通过计算沙湾大桥在施工过程中和成桥运营阶段的静、动力响应,掌握了该大桥的受力状态,总结归纳了矮塔斜拉桥的一些结构特性。本文主要工作包括以下几点:(1)运用大型桥梁结构分析软件桥梁博士 V3.03建立沙湾大桥全桥平面梁单元结构模型,详细计算该桥在施工、运营阶段的结构静力力学行为。(2)分析混凝土收缩、徐变等主要时间效应因素对成桥后期结构的影响,计算分析运营阶段活载、风荷载、体系温度变化、温度梯度等各单独工况作用及各种组合下桥梁静力响应。(3)运用大型桥梁结构分析软件MIDAS2006建立沙湾大桥全桥空间梁单元结构模型,计算大桥的自振频率与周期;采用程序的反应谱分析功能计算大桥的振型,完成大桥的初步抗震分析工作。(4)沙湾特大桥采用二次调索施工措施,使得斜拉索在施工阶段的最大应力和最小应力比较均匀。在荷载作用下斜拉索的安全系数接近1.67,小于常规斜拉桥,提高了拉索的利用率。(5)沙湾特大桥的一阶自振周期为3.546s,远小于同等跨度斜拉桥的基本周期。矮塔斜拉桥的自振频率介于连续梁(刚构)与常规斜拉桥之间,属于刚柔相济的桥型。本文通过对沙湾特大桥的静、动力分析,较全面地掌握了该矮塔斜拉桥的力学特性,提出了该类桥梁设计中应注意的关键细节,为今后同类桥梁的设计和施工提供了良好的参考和借鉴。 同主题文章 [1]. 李黎,陈伟,龙晓鸿,胡亮. 四渡河特大悬索桥静力非线性分析' [J]. 华中科技大学学报(城市科学版). 2006.(02) [2]. 何新平. 矮塔斜拉桥的设计' [J]. 公路交通科技. 2004.(04) [3]. 赵卫东. 浅谈做好施工阶段投资控制的方法' [J]. 建筑设计管理. 2010.(01) [4]. 权刚. 特征值区域控制原理及其在电力系统稳定控制中的应用' [J]. 吉林电力. 1988.(Z1) [5]. 王治钧. 谈给排水工程的施工管理' [J]. 广东科技. 2009.(24) [6]. 王俊,刘立新,赵静超. 折线先张预应力混凝土梁施工阶段性能试验研究' [J]. 中外公路. 2009.(06) [7]. 季智敏. 建筑工程施工阶段成本管理与控制探讨' [J]. 中国高新技术
第４０卷第１期 ２０１９年１月哈 尔 滨 工 程 大 学 学 报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＶｏｌ．４０№．１Ｊａｎ．２０１９ 浮式风机在风浪联合作用下的动力响应分析 蔡恒１，２，朱仁传１，２，汪小佳１，２，范菊 １，２（１．上海交通大学高新船舶与深海开发装备协同创新中心，上海２００２４０；２．上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，上海 ２００２４０） 摘 要：为了研究浮式风机以及系缆张力响应问题，本文基于三维线性频域势流理论和脉冲响应函数方法计算时 域波浪力，利用准静定系泊模型来模拟系泊力，通过叶素动量理论来计算风力，采用计算流体力学方法得到粘性阻 尼系数，建立了风机在风浪联合作用下的时域运动方程。结果表明：在规则波与不规则波单独作用下的纵荡、垂荡 响应与试验值相吻合，系缆张力响应则偏小于试验值；在不规则波与风联合作用下，所得的纵荡、垂荡响应在波频 范围内与不规则波单独作用下的结果相差不大，而系缆张力响应则同样偏小于试验值。 关键词：风浪联合；动力响应；势流理论；脉冲响应；准静定系泊模型；叶素动量理论；计算流体力学；粘性阻尼 ＤＯＩ：１０．１１９９０／ｊｈｅｕ．２０１７０９０４３ 网络出版地址：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／２３．１３９０．ｕ．２０１８０９０３．１３５４．００２．ｈｔｍ 中图分类号：Ｕ６６１．３２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００６－７０４３（２０１９）０１－０１１８－０８Ｄｙｎａｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｆｌｏａｔｉｎｇｏｆｆｓｈｏｒｅｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｉｎｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｎｄａｎｄｗａｖｅ ＣＡＩＨｅｎｇ１，２，ＺＨＵＲｅｎｃｈｕａｎ１，２，ＷＡＮＧＸｉａｏｊｉａ１，２，ＦＡＮＪｕ１，２（１．ＣｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅＩｎｎｏｖａｔｉｏｎＣｅｎｔｅｒｆｏｒＡｄｖａｎｃｅｄＳｈｉｐａｎｄＤｅｅｐ－ＳｅａＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ，ＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏＴｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２４０，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＮａｖａｌＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ＯｃｅａｎａｎｄＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏＴｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２４０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｉｍｅ－ｄｏｍａｉｎｗａｖｅｆｏｒｃｅｓａｒｅｓｏｌｖｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｌｉｎｅａｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙ－ｄｏｍａｉｎｐｏｔｅｎｔｉａｌｔｈｅｏｒｙａｎｄｉｍｐｕｌｓｅｒｅｓｐｏｎｓｅｆｕｎｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｍｏｔｉｏｎａｎｄｍｏｏｒｉｎｇｔａｎｓｉｏｎｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｆｌｏａｔｉｎｇｏｆｆｓｈｏｒｅｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅ（ＦＯＷＴ）．Ｍｏｏｒｉｎｇｆｏｒｃｅｓａｒｅｍｏｄｅｌｅｄｂｙａｑｕａｓｉ－ｓｔａｔｉｃｃａｂｌｅｍｏｄｅｌ，ｗｉｎｄｆｏｒｃｅｓａｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙｂｌａｄｅｅｌｅ－ｍｅｎｔｍｏｍｅｎｔｕｍ（ＢＥＭ）ｔｈｅｏｒｙ，ａｎｄｖｉｓｃｏｕｓｄａｍｐｉｎｇｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓａｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｆｌｕｉｄｄｙｎａｍｉｃｓｍｅｔｈｏｄｔｏｅｓｔａｂｌｉｓｈｔｈｅｍｏｔｉｏｎｅｑｕａｔｉｏｎｏｆＦＯＷＴｉｎｖｏｌｖｉｎｇｗｉｎｄａｎｄｗａｖｅｉｎｔｉｍｅ－ｄｏｍａｉｎ．Ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｕｎｄｅｒｔｈｅａｃｔｉｏｎｓｏｆｒｅｇｕｌａｒａｎｄｉｒｒｅｇｕｌａｒｗａｖｅｓ，ｔｈｅｓｕｒｇｅａｎｄｈｅａｖｅｒｅｓｐｏｎｓｅｓａｒｅｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｕｎｄｅｒｔｈｅａｃｔｉｏｎｏｆｒｅｇｕｌａｒｗａｖｅｏｒｉｒｒｅｇｕｌａｒｗａｖｅ．Ｔｈｅｍｏｏｒｉｎｇｔｅｎｓｉｏｎｒｅｓｐｏｎｓｅｉｓｌｏｗｅｒｔｈａｎｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｖａｌｕｅ．Ｉｎｔｈｅｃｏｍ－ｂｉｎｅｄｗｉｎｄａｎｄｉｒｒｅｇｕｌａｒｗａｖｅ，ｔｈｅｓｕｒｇｅａｎｄｈｅａｖｅｒｅｓｐｏｎｓｅｓａｒｅａｌｍｏｓｔｔｈｅｓａｍｅａｓｔｈａｔｉｎｔｈｅｉｒｒｅｇｕｌａｒｗａｖｅｓｗｉｔｈｉｎｔｈｅｗａｖｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｒａｎｇｅ，ａｎｄｔｈｅｍｏｏｒｉｎｇｔｅｎｓｉｏｎｒｅｓｐｏｎｓｅｉｓｌｏｗｅｒｔｈａｎｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｎｄａｎｄｗａｖｅ；ｄｙｎａｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅ；ｐｏｔｅｎｔｉａｌｔｈｅｏｒｙ；ｉｍｐｕｌｓｅｒｅｓｐｏｎｓｅ；ｑｕａｓｉ－ｓｔａｔｉｃｃａｂｌｅｍｏｄｅｌ；ｂｌａｄｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｍｅｎｔｕｍ（ＢＥＭ）；ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｆｌｕｉｄｄｙｎａｍｉｃｓ（ＣＦＤ）；ｖｉｓｃｏｕｓｄａｍｐｉｎｇ 收稿日期：２０１７－０９－１１．网络出版日期：２０１８－０９－０５ 基金项目：国家自然科学基金项目（５１５７９１４７，５１４７９１１７）；国家重点 基础研究发展计划（２０１４ＣＢ０４６２０３）． 作者简介：蔡恒，男，硕士研究生； 朱仁传，男，教授，博士生导师．通信作者：朱仁传，Ｅ－ｍａｉｌ：ｒｅｎｃｈｕａｎ＠ｓｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ． 目前研究浮式风机动力响应的方法主要有模型 试验和数值模拟两种，模型试验又可以细分为在海 岸上进行的较大尺寸模型试验［１］及在波浪水池中 进行的较小尺寸模型试验［２－４］２种类型。文献［５－ ８］主要基于势流理论研究了浮式风机的动力响应， 并利用Ｍｏｒｉｓｏｎ方程［９］或者试验数据来考虑粘性影 响，其中Ｍｏｒｉｓｏｎ方程是一种半经验公式，难于准确反映粘性影响；并且试验数据十分稀少，存在尺度效应，无法真实地反映粘性影响。有学者借助计算流体力学方法基于粘性流理论对风机动力响应问题进行数值模拟［１０－１３］，但是这种方法也存在耗时巨大、效率低下、难于模拟随机风浪的缺点。本文主要基于势流理论来构造浮式风机的时域运动方程。在此基础上，采用计算流体力学（ｃｏｍ－ｐｕｔａｔｉｏｎａｌｆｌｕｉｄｄｙｎａｍｉｃｓ，ＣＦＤ）方法考虑粘性影响，采用准静定系泊模型来计算系泊力，采用叶素动量理论来计算风力，对ＤｅｅｐＣｗｉｎｄ半潜式平台风机进万方数据
在动载荷作用下的结构动力响应分析 一、问题的突出 1.求钢结构的动力学响应 2.结构及载荷数据 立柱间距长180，宽120；顶距 地面180 E=200GPa,v=0.3,p=7800kg/m3 A=100kg, w=20π 二、有限单元模型建立 1.单元类型选择以及截面性质定义 FINISH /CLE /PREP7 ET,1,BEAM188 mp,ex,1,200e9 mp,nuxy,1,0.3 mp,dens,1,7800 !截面1 sectype,1,beam,I secoffset,cent secdata,0.12,0.12,0.1212,0.00605, 0.00605,0.0039 !截面2 sectype,2,beam,I secoffset,cent secdata,0.06535,0.06535,0.0805,0.00465,0.00465,0.00285 !截面3 sectype,3,beam, HREC secoffset,cent secdata,0.06,0.06,0.0025,0.0025,0.0025,0.0025
选择Y方向为立柱方向，通过由下向上建模即由关键点到线。k,1, k,2,1.8 k,3,1.8,,1.2 k,4,,,1.2 k,5,,1.5 k,6,1.8,1.5 k,7,1.8,1.5,1.2 k,8,,1.5,1.2 l,1,5 l,2,6 l,3,7 l,4,8 k,9,1.8/2,1.8,1.2/2 l,9,5 l,9,6 l,9,7 l,9,8 l,5,8 l,8,7 l,7,6 l,6,5 3.对于不同的杆赋予不同的截面性质，并进行网格划分 lsel,s,,,1,4,1 lplot lesize,all,0.04 secnum,1 lmesh,all lsel,s,,,9,12 lplot lesize,all,0.04 secnum,2 lmesh,all lsel,s,,,5,8,1 lplot lesize,all,0.04 secnum,3 lmesh,all
第2章 动力响应理论 2.1引言 机柜结构动力响应的计算机仿真分析是以设备动力响应理论为基础的，是进行设备结构动力响应研究的一种有效手段。论文中主要研究设备动力响应两个方面的内容：设备结构固有特性分析和结构在地震波作用下的响应分析。固有特性分析可以得到结构的固有频率和固有振型，是进行响应分析的基础；地震波响应分析将得到设备响应的时间历程变化。在使用有限元工具对结构进行建模、分析之前必须掌握结构动力响应的理论和相关的有限元基本原理。因此，本章重点叙述了与设备结构动力响应相关的机械振动学理论及其有限元仿真技术。 2.2结构动力响应分析相关理论 2.2.1结构固有特性分析理论 机柜设备结构的固有特性包括固有频率和振型，是响应分析的基础。通过进行结构的固有特性分析可以使设计有效地避开结构的共振频率。机柜设备是一个复杂振动系统，在理论分析过程中，常常可以把机柜设备简化为多自由度集中参数系统。 一般，多自由度系统的自由振动方程可以写成如下形式： {}... []()[]{()}[]{()}{0}M x t C x t K x t ++= (21)a - 式中：[]M ， []C 和[]K 分别为系统的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵;()x t 、 .()x t 、.. ()x t 分别为系统的位移列向量、速度列向量和加速度列向量。而多自由系统的无阻尼自由振动方程可以写成如下形式: {}.. []()[]{()}{0}M x t K x t += (21)b - 通常系统的自由振动是简谐振动，所以可以假设式 (21)b -的解为： {()}{}sin x t X pt = (22)- 式中：{}X 为系统的振幅列向量;p 为系统的自由振动频率。将(22)-代入(21)b -，就可以得到系统的振型方程，其具体形式如下： 2[][]{}{0}K M X p -= (23)- 可以看到，式(23)-是一个齐次线性方程组，根据线性代数知识，它具有非零解的充分必要条件为系数矩阵的行列式为零，亦即有下式成立。
单点系泊系统系泊锚：海底系泊锚可采用吸力锚、大抓力锚、桩锚等形式。 系泊退：采用悬链线的系泊方式，以FPSO为中心呈放射状 布置，由锚链、缆绳、配重块等部件构成。 水下基盘：只设置1套水下基盘，用于海管与柔性立管的 连接。 旋转轴承：与FPSO连接的旋转轴承必须能使FPSO进行360 度的自由旋转。 旋转接头：预留未来周边油田并入增加设备的空间。 光钎滑环、公用滑环。 2、查找并学习相关的单点系泊系统关键技术探讨。 单点系泊系统悬链腿系泊系统（CALM）：依靠悬链效应来产生恢复力； 单锚腿系泊系统（SALM）：依靠浮筒的净浮力来产生恢复 力； 转塔系泊系统（STP）：CALM系统的不同类型； 固定塔式系泊系统（FTM）：依靠缆索的弹性来产生恢复 力； 软刚臂系泊系统（SYM）：依靠重力势能来产生恢复力； 悬链腿系泊系统（CALM）：如下图所示。它使用一个大直径（约10~17m）的圆柱形浮筒作为主体，以4条以上的长垂曲线锚链固定在海底基座上。浮筒上部是一个装有轴承可旋转360度的转台。中心部位的流体旋转头，下面连接着水下软管和海底输油管汇，上面连接着漂浮软管并通向油轮。油轮是用缆绳系泊在浮筒转台的桩柱上。 CALM主要优点是结构简单、便于制造和安装；它的组成部件除旋转头和软管之外，都是常规产品，设计、制造、安装简便、造价低廉。缺点是要求海底地貌平坦，浮筒的漂移、升沉随环境条件的恶劣而增长，这将使水下软管过度挠曲而易于损坏。在持续摇荡期间，工作艇难于靠近，给维修保养工作带来不便。
单锚腿系泊系统（SALM）可以分为带立管和不带立管两种形式，带立管SALM 既适用于浅水区，又适用于深水区，如果用于深水区，则锚链下端需连接一段有输油管的立管，立管上头与锚链铰接，下头铰接在海底基座上。立管可在任意方向摆动。流体旋转头安装在立管顶部。流体旋转头以上的所有部件都可以转动。不带立管SALM有一个细长的圆柱形浮筒，通常直径约为6~7m，高度约为15m。浮筒下面用锚链拉住，锚链的下端固定在海底基座上。由于浮筒具有正的剩余浮力，所以锚链始终保持一定的力。海底基座是以承受浮筒的正浮力和最大系泊载荷为条件的。锚链与浮筒之间、锚链与海底基座之间，都用万向接头相连接；这种结构能使整个浮筒和油轮围绕系泊中心转动，而无需在浮筒上面安装轴承和转台。输油管路不通过浮筒，水下软管与漂浮软管合为一条，直通油轮。下图为不带立管SALM。
FINISN /CLEAR /PREP7 !创建几何模型 K,1,0,2.7388794 K,2,-2.0711036,1.7033277 K,3,-2.6388794,0 K,4,-2.3359835,-1.9455903 K,5,-1.6736199,-2.6205221 K,6,0,-2.8972106 K,1000,,, LARC,1,2,1000,2.589 LARC,2,3,1000,2.839 LARC,3,4,1000,6.4 LARC,4,5,1000,1.05 LARC,5,6,1000,5.2 LSYMM,X,ALL NUMMRG,ALL NUMCMP,ALL LCOMB,1,2 LCOMB,6,7 NUMMRG,ALL NUMCMP,ALL LCOMB,3,4 LCOMB,7,8 NUMMRG,ALL NUMCMP,ALL LCOMB,2,3 LCOMB,5,6 NUMMRG,ALL NUMCMP,ALL AL,ALL BLC4,-36,-69,72,84 ASBA,2,1,,,KEEP NUMCMP,ALL !切分 ASEL,S,,,2 WPROTA,,,90 ASBW,ALL WPOFFS,,,6 ASBW,ALL WPOFFS,,,-12 ASBW,ALL WPCSYS,-1
ASBW,ALL WPOFFS,,,6 ASBW,ALL WPOFFS,,,-12 ASBW,ALL WPCSYS,-1 ALLS NUMMRG,ALL NUMCMP,ALL !定义材料属性 *SET,TH1,0.3 ET,1,BEAM3 ET,2,PLANE42 KEYOPT,2,3,2 R,1,TH1,TH1*TH1*TH1/12,TH1,, MP,EX,1,31E9 MP,PRXY,1,0.3 MP,DENS,1,2500 MP,EX,2,1.40E8!IV级围岩物理力学参数MP,PRXY,2,0.3 MP,DENS,2,2049 TB,DP,2 TBDATA,1,3.4E4,30 !赋予属性 LSEL,S,,,1,4 LATT,1,1,1 ASEL,ALL AATT,2,,2 !隧道周围划分网格 LSEL,S,,,1,3,2 LESIZE,ALL,,,8 LSEL,S,,,2,4,2 LESIZE,ALL,,,8 LSEL,S,,,1,4 LMESH,ALL LSEL,S,,,24,25 LSEL,A,,,35 LSEL,A,,,44 LESIZE,ALL,,,8,3 LSEL,S,,,29,30 LESIZE,ALL,,,4 LSEL,A,,,32,34,2
单点系泊系统与FPSO Single Point Mooring System and FPSO 单点系泊储油装置(Single Point Mooring Storage Tanker) 由单点系泊浮筒与储油驳船两大部分组成。单点系泊浮筒用4～8根锚链固定在海底。浮筒上有转盘和旋转密封接头。储油驳船与单点浮筒的转盘用钢丝绳或钢臂连接，可作360旋转，似风标，使之保持在受力最小的方位。原油从海底管线经过单点上的旋转密封接头进入储油驳船；运油轮则从储油驳船上装油外运。 世界上第一个单点系泊浮筒于1959年在瑞典的德提奥港投产，用作深水输油码头。1974年发展了钢臂式单点系泊储油装置,用A字形钢架代替钢丝绳连接，避免了储油驳船与浮筒的碰撞，减少了大量维修工作。1980年在菲律宾海域安装了第一座浮式生产、储存、装卸系统。可在该系统上进行油气处理、储存和外输。1981年11月又发展了一种软钢臂连接，在菲律宾近海油田设计和安装，适合于浅水恶劣海况。单点系泊装置结构简单，成本低，适用水深大，发展较快,已有200多座单点系泊装置投入使用。但在有冰的海域尚无采用这种装置的实例。 单点系泊卸油装置(Single Point Mooring Offloading Tanker) 单点系泊油轮不用靠港，而是在离岸足够水深处，设置一浮单点卸油装置，通过漂浮在海面上的浮筒和铺设在海底与陆地贮藏系统连接的管道，将油卸输至岸。（相对优势：由于没有深水港，原油进入受到了运输条件和成本的极大限制。）而传统的固定码头卸油方式是：油轮进港靠泊，通过管道卸油至岸。
单点系泊系统卸油装置 国内外研制单点系泊系统的著名公司 SBM公司、IMODCO公司、SOFEC公司、MCDERMOTT公司
浅析交通荷载下软土路基的动力响应分析 摘要：本文以某双软土路基为研究对象通过有限元计算软件建立了有限元模型，研究在列车荷载作用下软土路基的动力反应，以及在地铁列车振动荷载作用下软土路基结构的应力相比于静力作用下的变化规律以及各种动载作用下的软土路基的反应，并得出了相应的结论。 关键词：列车荷载软土路基动力响应分析 高速公路的建设和使用，为汽车快速、高效、安全、舒适地运行提供了良好的条件，标志着世界公路运输事业和科学技术水平进入了一个崭新的时代。随着世界经济建设和交通运输事业的发展，车流量、行车速度和载重量的不断增加，交通荷载对路基路面的受力变形特性的影响也越来越大，车辆与道路相互作用的动力学研究已发展成一个新的科学分支。路基路面设计理论由过去的静态体系发展为动态体系己成为必然趋势。在这种大背景下，研究交通荷载作用下风积沙路基的动力响应问题具有一定的现实意义。因此，本文将以中铁国际川铁公司尼日利亚分公司在尼日利亚卡诺州中标的公路改造扩展项目为项目背景，结合现场实测资料，利用有限元软件MIDAS/GTS建立数值分析模型，施加车辆荷载，研究动力作用下路基的动力响应。 1、瞬态动力学分析方法 瞬态动力分析亦称时间历程分析，是用于确定承受任意随时间变化荷载的结构动力响应的一种方法。可以用瞬态动力分析确定结构在稳态荷载、瞬态动荷载和简谐荷载的随意组合作用下随时间变化的位移、应变、应力及内力，其基本方程如下。 道路结构其实是一个非常复杂的体系，它由很多土层构成，不同土层又有不同的参数和物理性质，其对动荷载的响应除了与本身性质有关之外，还与交通荷载作用的特点和方式有很大关系。在实际分析中，无论是什么类型的道路结构或是荷载作用。其中：为质量矩阵；为阻尼矩阵；为刚度矩阵；为节点加速度向量；为节点速度向量；为节点位移向量；为随时间变化的荷载函数。
第34卷第1期 2000年1月 上海交通大学学报 JO U RN AL O F S HAN GHA I JIAO TO N G U N IV E RSIT Y Vol.34No.1 Jan.2000 收稿日期:1999-03-15 作者简介:刘建成(1974～),男,博士. 文章编号:1006-2467(2000)01-0132-05 一种简易单点系泊系统的可行性研究 刘建成1 , 李润培1 , 顾永宁1 , 张剑波 2 (1.上海交通大学船舶与海洋工程学院,上海200030; 2.胜利油田钻井工艺研究院,东营257017)摘 要:针对渤海海域海上油田的开采,提出了一种简易单点系泊系统,并在考虑风、浪、流三种载荷同时作用的情况下,对该系统的可行性从总体上加以论证.利用设计谱理论计算油驳的波浪诱导 纵荡力,利用经验公式计算油驳风力和流力,将以上三种力线性叠加得到系泊力;利用设计波理论,由Mo rison 公式计算平台自身所受波流力,利用经验公式计算风力.在考虑平台同时受到系泊力、波流力、风力的作用下,计算平台的结构应力,最后选用API RP 2A-W SD 规范,对平台构件进行屈服校核和冲剪校核.分析校核表明,该简易系泊系统是可行的,且具有经济有效等特点,适用于边际油田开采. 关键词:海洋平台强度;单点系泊;海上油田 中图分类号:U 674.38+ 1 文献标识码:A Feasibility Study on Simply Equipped Single Point Mooring System LIU J ian -cheng 1, LI Run -pei 1, GU Yong -ning 1, Z H AN G J ian -bo 2 1.Schoo l of Naval Architecture &Ocean Eng.,Shanghai Jiao to ng Univ.,Sha nghai,200030,China; 2.Well -Drilling Technolo gy Inst .o f Sheng li Oil Field ,Do ng ying 257017Abstract :A sim ply equipped single point moo ring system ,in which a n oil storag e tanker is moo red o n the w ell head platfo rm w ith the aid of mo oring ro pe,w as proposed fo r the exploitatio n o f Shengli Offshore Oil Field in Bohai Sea ,and the feasibility study on the system w as introduced .The wav e induced surg e force o n the sto rage tanker w as calculated by using the design spectrum theory .The wind force a nd cur rent fo rce acting o n the tanker were calculated according to the ex perim ental form ulas.The moo ring fo rce w as assumed to be the superpositio n of the abov e three forces.Then,the env iro nmental forces acting o n the m oo ring pla tform w as w o rked out in accorda nce with the desig n w av e method .The calcula tion of the stresses of the pla tform under the actio n of moo ring force,w ave fo rce,wind fo rce and current fo rce w as perfo rmed,and the yield check and punching shear check o f the com po nents w ere com pleted based o n API RP 2A -W SD .The feasibility study show s tha t the system is safe for the no rmal exploitatio n o f Sheng li Offsho re Oil Field ,a nd the system can be econo mically and efficiently used in the ex ploitation o f ma rgin oil fields of shallo w w ater. Key words :offsho re pla tform streng th;sing le point moo ring sy stem;marine oil field 我国渤海采油区域一般属于浅海,在边际油田的开采过程中,存在着许多中小型的采油平台.对于原油的储运,若按照深海大型采油平台的做法设置 大型系泊装置,如软刚臂(yo ke)单点系泊系统,或铺 设管道.从安全和技术的角度讲,这样做能满足作业要求.但这两种方法都过于复杂,设备投资大,采油成本高,甚至使一些小储量的油田失去开采价值,造成自然资源浪费.所以从经济角度讲,需要新的简易系泊系统.