CN103617333B - 海洋平台浮托安装碰撞模拟分析方法 - Google Patents

海洋平台浮托安装碰撞模拟分析方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103617333B
CN103617333B CN201310677429.XA CN201310677429A CN103617333B CN 103617333 B CN103617333 B CN 103617333B CN 201310677429 A CN201310677429 A CN 201310677429A CN 103617333 B CN103617333 B CN 103617333B
Authority
CN
China
Prior art keywords
floating holder
barge
jacket
spud leg
ansys
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201310677429.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN103617333A (zh
Inventor
王树青
王文娟
李华军
张敏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ocean University of China
Original Assignee
Ocean University of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ocean University of China filed Critical Ocean University of China
Priority to CN201310677429.XA priority Critical patent/CN103617333B/zh
Publication of CN103617333A publication Critical patent/CN103617333A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103617333B publication Critical patent/CN103617333B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Abstract

本发明提供一种海洋平台浮托安装碰撞模拟分析方法，借助于现有的大型分析软件ANSYS/AQWA来完成撞击力模拟，充分利用了现有软件功能强大的结构建模、大型浮体水动力分析及系泊***耦合动力分析能力，有效实现了浮托安装驳船与导管架之间撞击力的快速模拟与分析。本发明的海洋平台浮托安装刚性碰撞模拟方法可以快速、准确地模拟浮托安装过程中的刚性碰撞力，为海洋平台的浮托安装设计提供科学依据。同时，通过改变护舷的受力-变形曲线，也可以分析其它类型的碰撞模拟问题，具有较大的应用价值。

Description

海洋平台浮托安装碰撞模拟分析方法
技术领域
本发明涉及一种基于ANSYS/AQWA的海洋平台浮托安装碰撞模拟分析方法，属于海洋工程安装技术领域。
背景技术
随着海洋油气资源开发力度的不断加大，海洋平台正向大型化、综合化方向发展，平台的整体重量也在不断增大。海洋平台结构分为下部支撑结构（导管架）和上部组块。海洋平台结构一般在陆上预制建造，然后运到海上进行安装。目前，海洋平台的海上安装主要有两类方法：起重船吊装和浮托安装。由于受起重船吊装能力和施工作业环境等诸多因素的限制，工程中往往需要大型起重船或者将大型组块分成若干块进行安装。一方面，由于海洋工程大型起重船非常少，因此采用大型起重船安装海洋平台会加大了海上施工作业的成本；另一方面，如果将大型组块分块进行吊装，则会增加组块海上连接调试的时间、费用和风险。而海洋平台浮托安装解决了超大、超重组块的海上安装问题，避免了采用分块吊装安装方案可能造成的繁琐的作业程序，减少了海上连接调试的时间，在大型海洋平台海上安装方面正起着越来越重要的作用。
海洋平台浮托安装，是指由运载上部组块的安装驳船驶入大开口导管架槽口，通过调节驳船的吃水差，利用浮力把上部组块浮托安装到导管架上从而完成海上安装的过程。典型的海洋平台海上浮托安装过程主要包括：（1）安装驳船驶入导管架槽口；（2）就位对中：调节驳船位置使上部组块停留在导管架正上方，组块的桩尖与桩腿耦合装置精确对中；（3）对接过程：驳船压载下沉，组块桩尖与导管架桩腿接触直至上部组块重量完全转移到导管架上；（4）驳船撤离：驳船继续压载下沉后撤离。
海洋平台浮托安装过程中，浮托安装驳船难免会与导管架的桩腿发生碰撞，对安装驳船和导管架结构造成损伤，从而给海洋平台安装作业带来安全隐患。现有大型有限元分析软件ANSYS/AQWA没有直接碰撞模拟的功能，而正确模拟计算浮托安装驳船与导管架桩腿之间的碰撞撞击力并采取必要的防护措施则显得至关重要。
发明内容
本发明为解决现有大型有限元分析软件ANSYS/AQWA无法直接模拟海洋平台浮托安装驳船与导管架之间的刚性碰撞问题，提出一种基于ANSYS/AQWA的海洋平台浮托安装刚性碰撞模拟分析方法，其采用以下技术方案予以实现：
一种海洋平台浮托安装碰撞模拟分析方法，包括如下步骤：
A、基于大型有限元分析软件ANSYS建立导管架-浮托安装驳船-系泊***耦合分析模型；
B、设置球形护舷单元；
B1、在ANSYS/AQWA设置球形护舷单元的半径及安装位置；
B2、在ANSYS/AQWA中进行护舷单元属性设置，输入桩腿受力-变形曲线；
C、进行浮托安装驳船-系泊***耦合动力分析；
D、在结果文件中读取护舷单元的受力，即为浮托安装驳船与导管架之间的撞击力。
进一步地，在柔性碰撞模拟时，所述B2步骤中的受力-变形曲线为生产厂家提供的护舷产品的实际受力-变形曲线。
进一步地，所述B1步骤中球形护舷单元设置在导管架桩腿中心，球形护舷单元的半径设置为桩腿的半径。
进一步地，在刚性碰撞模拟时，所述B2步骤中的受力-变形曲线通过如下步骤获得：
B21、利用ANSYS结构静力分析计算桩腿受力-变形曲线；
B22、对桩腿受力-变形曲线进行多项式曲线拟合，得到表示该曲线的多项式系数。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果如下：
（1） 撞击力模拟可以借助于现有的大型分析软件ANSYS/AQWA来完成，充分利用了现有软件功能强大的结构建模、大型浮体水动力分析及系泊***耦合动力分析能力，有效实现了浮托安装驳船与导管架之间撞击力的快速模拟与分析；
（2）海洋平台浮托安装工程中，横荡护舷都是成排设置在浮托安装驳船的舷侧，以缓冲驳船对导管架的撞击力。而ANSYS/AQWA中仅有球形护舷单元，在模拟时如果将护舷设置在驳船的两侧，将无法保障撞击力模拟的实时性和有效性。因此本发明中将球形护舷单元设置在导管架桩腿上，从而保证了浮托安装驳船与导管架桩腿碰撞模拟的有效性；
（3）由于刚性碰撞模拟时在护舷单元中输入的为导管架桩腿的受力变形曲线，以此来模拟驳船与导管架腿的碰撞，使得碰撞模拟分析更加符合实际情况。
综上所述，本发明的海洋平台浮托安装刚性碰撞模拟方法可以快速、准确地模拟浮托安装过程中的刚性碰撞力，为海洋平台的浮托安装设计提供科学依据。同时，通过改变桩腿受力-变形曲线，也可以分析其它类型的碰撞模拟问题，具有较大的应用价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中海洋平台导管架模型；
图2为本发明实施例中浮托驳船模型；
图3为本发明实施例中海洋平台上部组块模型；
图4为本发明实施例中浮托安装驳船-上部组块组合模型；
图5为本发明实施例中浮托安装驳船系泊***模型；
图6为本发明实施例中海洋平台导管架-浮托驳船-系泊***分析模型；
图7为本发明实施例中护舷安装位置示意图；
图8为本发明实施例中护舷受力-变形曲线；
图9为本发明实施例中驳船与导管架腿的撞击力。
具体实施方式
大型有限元分析软件ANSYS/AQWA没有直接碰撞模拟的功能，该软件中仅提供了一个fender单元（即护舷单元），可以分析大型浮式结构物在运动过程中该fender单元上的受力变形问题。
基于上述，本发明提出一种海洋平台浮托安装碰撞模拟方法，包括如下步骤：
A、按照设计图纸，基于大型有限元分析软件ANSYS建立导管架-浮托安装驳船-系泊***耦合分析模型；
B、设置球形护舷单元；
B1、在导管架桩腿中心设置球形护舷单元，球形护舷的半径设为桩腿的半径；
B2、利用ANSYS结构静力分析计算桩腿受力-变形曲线；
B3、对桩腿受力-变形曲线进行多项式曲线拟合，得到表示该曲线的多项式系数；
B4、在ANSYS/AQWA中进行护舷单元属性设置，输入表示桩腿受力-变形曲线的多项式系数，从而设定了护舷单元的受力-变形属性，完成护舷单元的刚性碰撞模拟设置。
需要说明的是，步骤B4护舷单元属性设置时，同样可以输入生产厂家提供的橡胶护舷产品的实际受力-变形曲线，则完成了护舷单元的柔性碰撞模拟设置。
C、进行浮托安装驳船-系泊***耦合动力分析；
D、在结果文件中读取护舷单元的受力，即为浮托安装驳船与导管架之间的撞击力；
下面结合实际应用说明本发明在刚性碰撞模拟时分析过程：
一、建立海洋平台导管架-浮托安装驳船-系泊***分析模型
为了分析环境荷载作用下浮托安装驳船与导管架腿的刚性撞击力，首先需要建立海洋平台导管架-浮托安装驳船-系泊***分析模型。
1. 建立导管架模型
按照设计图纸，利用ANSYS前处理模块建立海洋平台导管架模型。本发明实施例中的海洋平台导管架为6腿结构，如图1所示。主导管成矩形布置，桩腿直径为1986mm，壁厚45mm。平面尺寸为32m×34m，有横梁方向为32m，开口方向为34m。
2. 建立浮托安装驳船模型
根据驳船基本资料和型值表数据，利用ANSYS/AQWA建立驳船模型。浮托安装驳船总长为122.45m，型宽为30.5m，型深为7.6m，如图2所示。坐标系如下：x轴指向船首，y轴指向驳船左舷，z轴竖直向上，坐标原点位于驳船船舯水线面处（3.8m）。采用四边形常数单元网格划分船体，共划分1318个单元。
3. 建立上部组块模型
按照设计图纸,利用ANSYS前处理模块建立海洋平台上部组块模型。浮托安装的海洋平台上部组块由甲板和6根立柱组成，如图3所示。主甲板为三层，平面尺寸为46m×40m，层高8m。组块顶层上设吊机2座，上部组块的安装重量为4200吨。将ANSYS前处理模块建立的海洋平台上部组块模型导入到ANSYS/AQWA中，并与浮托安装驳船组合在一起，形成浮托安装驳船-上部组块组合模型，如图4所示。
4. 建立系泊***模型
按照设计要求建立浮托安装驳船-系泊***分析模型。系泊***由8根直径为60mm、相同长度的锚链组成，锚链在空气中质量为71.77 kg/m，水中质量为62.44 kg/m，锚链刚度EA为26925t，破断力为3144.82KN。利用AQWA-DRIFT模块进行系泊***建模，AQWA中浮托安装驳船-系泊***的详细布置如图5所示，图中所标数字为系泊***的水平长度。
5. 建立导管架-浮托安装驳船-系泊***分析模型
将上面建立的海洋平台导管架模型、浮托安装驳船-系泊***分析模型进行组合，得到用于浮托安装驳船与导管架腿刚性撞击力模拟的***耦合动力分析模型，如图6所示。
二、设置球形护舷单元
在ANSYS/AQWA模型中，通过在导管架六个桩腿上布置球形护舷来模拟船舷与导管架桩腿之间的刚性碰撞。当浮托安装驳船在海洋环境荷载作用下发生运动时，会与护舷发生碰撞，从而可以计算得到护舷的受力，即为碰撞力。
1.将球形护舷的中心设置在导管架桩腿中心，且球形护舷的半径设为桩腿的半径，护舷安装位置如图7所示。
2. 利用ANSYS前处理模块建立的导管架模型获取桩腿受力-变形曲线。在桩腿上逐级施加荷载，并计算得到每级荷载作用下桩腿的位移变形，从而可以得到桩腿的受力-变形曲线，如图8所示。
3. 在AQWA/DRIFT中进行护舷单元属性设置，输入受力-变形曲线，完成护舷单元的刚性模拟设置。
三、进行浮托安装驳船-系泊***耦合动力分析
1. 在ANSYS/AQWA中设置计算所需要的环境参数，如波高1.5m，谱峰周期为6.4s，波浪方向为90°入射，计算时长为3小时，时间步长为0.5s等。
2. 进行耦合动力分析，等待计算结束。
四、读取护舷单元的受力；
当ANSYS/AQWA计算结束后，在后处理模块AQWAGS中打开计算产生的后缀为“PLT”的文件，即可得到护舷单元的受力情况，如图9所示，此即为浮托驳船与导管架的碰撞力。
以上为刚性碰撞时的模拟分析方法，对于柔性碰撞，只需在设置护舷单元属性时，采用生产厂家提供的实际受力-变形曲线即可。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (1)

1.一种海洋平台浮托安装碰撞模拟分析方法，其特征在于包括如下步骤： 
A、基于大型有限元分析软件ANSYS建立导管架-浮托安装驳船-系泊***耦合分析模型；
B、设置护舷单元；
B1、在ANSYS/AQWA中设置球形护舷单元的半径及安装位置；
B2、在ANSYS/AQWA中进行护舷单元属性设置，输入桩腿受力-变形曲线；
C、进行浮托安装驳船-系泊***耦合动力分析；
D、在结果文件中读取护舷单元的受力，即为浮托安装驳船与导管架之间的撞击力；
所述B1步骤中球形护舷单元设置在导管架桩腿中心，球形护舷单元的半径设置为桩腿的半径；
在刚性碰撞模拟时，所述B2步骤中的受力-变形曲线通过如下步骤获得：
B21、在ANSYS软件中根据模型数据建立导管架模型，在桩腿上逐级施加荷载，并计算得到每级荷载作用下桩腿的位移变形，从而获得桩腿受力-变形曲线；
B22、对桩腿受力-变形曲线进行多项式曲线拟合，得到表示该曲线的多项式系数。
CN201310677429.XA 2013-12-13 2013-12-13 海洋平台浮托安装碰撞模拟分析方法 Active CN103617333B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310677429.XA CN103617333B (zh) 2013-12-13 2013-12-13 海洋平台浮托安装碰撞模拟分析方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310677429.XA CN103617333B (zh) 2013-12-13 2013-12-13 海洋平台浮托安装碰撞模拟分析方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103617333A CN103617333A (zh) 2014-03-05
CN103617333B true CN103617333B (zh) 2015-08-26

Family

ID=50168036

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310677429.XA Active CN103617333B (zh) 2013-12-13 2013-12-13 海洋平台浮托安装碰撞模拟分析方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103617333B (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104390588B (zh) * 2014-11-19 2017-09-26 上海交通大学 一种用于浮托安装的实时监测***
CN106777555A (zh) * 2016-11-29 2017-05-31 中国船舶工业集团公司第七0八研究所 一种基于极限撞速曲线的船舶结构耐撞性能评估方法
CN107423486B (zh) * 2017-06-16 2020-09-11 哈尔滨工程大学 一种在进船阶段浮托安装作业模型建模仿真方法
CN108021751B (zh) * 2017-12-05 2021-03-16 中海石油气电集团有限责任公司 一种用于lng船靠泊和系泊的模拟集成***
CN109002580A (zh) * 2018-06-20 2018-12-14 中海石油(中国)有限公司 一种海洋平台上部组块面积预估方法
CN109726359B (zh) * 2018-12-05 2023-05-12 中国船舶工业集团公司第七0八研究所 一种基于三维模型的船体首部外飘砰击并行计算方法
CN110826290B (zh) * 2019-10-31 2021-07-20 中国海洋大学 一种海上浮式***安全预警方法
CN111504599B (zh) * 2020-04-23 2021-04-02 天津大学 基于t型驳和载荷快速转移的浮托安装试验模型及方法
CN113434974B (zh) * 2021-06-23 2022-09-06 海洋石油工程股份有限公司 一种海上固定平台上部组块及其浮托支撑结构强度分析的方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102745315A (zh) * 2012-07-25 2012-10-24 中国海洋石油总公司 大型组块浮托安装横荡护舷装置
CN102897296A (zh) * 2012-10-29 2013-01-30 中国海洋石油总公司 大型组块浮托安装纵荡护舷装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201309577Y (zh) * 2008-11-21 2009-09-16 中国海洋石油总公司 一种用于海洋平台安装的专用安装设备

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102745315A (zh) * 2012-07-25 2012-10-24 中国海洋石油总公司 大型组块浮托安装横荡护舷装置
CN102897296A (zh) * 2012-10-29 2013-01-30 中国海洋石油总公司 大型组块浮托安装纵荡护舷装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王文娟,王树青,李思强.海洋平台浮托安装的数值实验研究.《中国海洋大学学报》.2013,第43卷(第3期),086-091. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN103617333A (zh) 2014-03-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103617333B (zh) 海洋平台浮托安装碰撞模拟分析方法
Bachynski et al. Design considerations for tension leg platform wind turbines
Gueydon et al. Study of a floating foundation for wind turbines
Chen et al. Numerical analysis of a floating semi-submersible wind turbine integrated with a point absorber wave energy convertor
Qin et al. Review on recent research and technical challenges of floatover installation operation
Fang et al. A review on the numerical and experimental modeling of the floatover installations
Huang et al. Hydrodynamic study and performance analysis of the OC4-DeepCwind platform by CFD method
Jiang et al. A review of advances in modeling hydrodynamics and hydroelasticity for very large floating structures
Ataei et al. Effects of structural flexibility on the dynamic responses of low-height lifting mechanism for offshore wind turbine installation
Chen et al. A fully coupled time domain model capturing nonlinear dynamics of float-over deck installation
Lin et al. A coupled overset CFD and mooring line model for floating wind turbine hydrodynamics
Yue et al. Analysis of the wave load and dynamic response of a new semi-submersible wave-energy-powered aquaculture platform
Le et al. Air-floating towing behaviors of multi-bucket foundation platform
Choi et al. Numerical modeling of load transfer unit of the float-over installation
Bai et al. Effect of wave headings on the dynamic response of the continuous mating operation of floatover installation
Yu et al. Numerical simulation of a floating offshore wind turbine in waves using qaleFoam
Zhu et al. Dynamic performance of a semi-submersible platform subject to wind and waves
Chen et al. Dynamic analysis of offshore wind turbine installation based on a novel integrated mating method
Bhaskaran et al. A code-to-code comparison for dynamic modeling and response analysis of offshore wind turbine blade mating process
Matsuoka et al. Development of 12MW cross-shaped semi-submersible floating offshore wind turbine
Bai et al. Dynamic response analysis of load transfer of topsides from T-barge onto twin-barge in floatover installation
Koo et al. Prediction of motions and loads for floatover installation of spar topsides
Li et al. Concept design and floating installation method study of multi-bucket foundation floating platform for offshore wind turbines
Jie et al. Current effect on the hydrodynamic responses of spar type floating offshore wind turbine
Zhang et al. Research development and key technical on floating foundation for offshore wind turbines

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant