CN104021266A - 一种适用于海洋工程船的风载荷计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种适用于海洋工程船的风载荷计算方法，包括在风洞试验中，对不同风向角下的不同长宽比的矩形模块的风载荷大小加以测定，并建立不同长宽比的矩形模块的风载荷大小相对于风向角的数据库；把海洋工程船离散成不同的标准构件模块，利用步骤1形成的数据库和插值法分别计算每个标准构件模块的风载荷，然后再叠加计算的风载荷获得总的风载荷。本发明的实施例引入形状修正系数和方向修正系数，使得斜风向下模块的风载荷计算更加精确；并进一步引入遮蔽系数，使得具有众多模块互相遮挡情况下的风载荷计算更加精确，适合于上部设备布置错综复杂的海洋工程船的风载荷计算，特别适合于钻井船这类具有众多钻井设备布置的风载荷计算。

Description

一种适用于海洋工程船的风载荷计算方法

技术领域

本发明涉及一种风载荷计算方法，尤其涉及一种适用于具有众多设备布置的海洋工程船的风载荷计算方法。

背景技术

风载荷是海洋结构物在海洋中作业时所遭受的一种重要载荷，在锚泊定位或动力定位中需要重点考虑。与普通船舶不同，海洋工程船，如深水钻井船的主甲板上布置有数量众多的钻井设备和钻井材料，如井架、钻台、司钻房、隔水管堆场、钻杆堆场等，其所遭受的风载荷在环境载荷中占有相当大的比例，是在动力定位能力分析中需要重点考虑的载荷。

目前，模块法是估算海洋结构物风载荷最常用的方法。它是把整个结构离散成不同的标准构件模块，分别计算每个标准构件模块的风载荷，然后再叠加各构件的载荷获得总的风载荷。

该方法较适合于上部设施简单的常规船舶的风载荷计算，对于钻井船这种具有众多设备布置的风载荷计算通常与实际情况相差较大。这是由于该方法有三个不足：一是当风向与模块轴线不一致时，正对风向的模块截面形状实际为棱形，方形的形状系数未必适用；二是模块法忽略了构件特征长度，不同长宽比的模块所遭受风载荷的方向未必与风向一致；三是该方法忽略了模块之间的遮蔽效应，造成下风向的构件模块风载荷的计算值比真实值大。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种计算精确的海洋工程船的风载荷计算方法。

发明内容

鉴于上述的现有技术中的问题，本发明所要解决的技术问题是现有的海洋工程船的风载荷计算方法不够精确。

本发明提供的一种适用于海洋工程船的风载荷计算方法，包括以下步骤：

步骤1，在风洞试验中，对不同风向角下的不同长宽比的矩形模块的风载荷大小加以测定，并建立不同长宽比的矩形模块的风载荷大小相对于风向角的数据库；

步骤2，把海洋工程船离散成不同的标准构件模块，利用步骤1形成的数据库和插值法分别计算每个标准构件模块的风载荷，然后再叠加计算的风载荷获得总的风载荷。

在本发明的一个较佳实施方式中，所述步骤1中还包括在风洞试验中，对不同风向角下的不同长宽比单独矩形模块的风载荷的方向加以测定，并建立不同长宽比的矩形模块的风载荷方向相对于风向角的数据库。

在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤1中还包括在风洞试验中，对不同风向角下的不同空间比的两个矩形模块中的下风向模块的风载荷加以测定，并建立下风向模块的风载荷相对于风向角的数据库。

在本发明的另一较佳实施方式中，所述两个矩形模块的空间比为两个矩形模块的间距与尺度的比值。

在本发明的另一较佳实施方式中，所述海洋工程船为钻井船、修井船或平台维护船。

本发明与现有方法相比，具有的积极效果有：

由于引入关于不同长宽比的矩形模块的形状修正系数和方向修正系数，使得斜风向下模块的风载荷计算更加精确；并进一步引入关于下风向模块的遮蔽系数，使得具有众多模块互相遮挡情况下的风载荷计算更加精确，适合于上部设备布置错综复杂的海洋结构物的风载荷计算，特别适合于钻井船这类具有众多钻井设备布置的风载荷计算。

附图说明

图1是本发明的实施例的计算模块风载荷示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明做具体阐释。

图1所示为一宽度为a长度为b的矩形模块受风载荷示意图，其中V₂为测试风速；F为传统模块法下模块所受风力；F_real为本发明的实施例的模块所受风力，采用传统模块法的风载荷计算公式为：

$F_{\mathrm{wi}}=C_w\mathrm{\Σ}\left(C_s{C}_h{A}_i\left(\mathrm{\α}\right)\right)\·V_w^2$

式中，C_w为风载荷系数(0.611)，V_w为风速(m/s)，C_s为形状系数，C_h为高度系数，A_i(α)为风向角α下模块的正投影面积。

本发明在此基础上引入形状修正系数k_wα、方向修正系数C_wα和遮蔽系数C_shi，建立了改进模块法的风载荷计算公式，风载荷大小为：

$F_{\mathrm{wi}}=C_w\mathrm{\Σ}\left({k_{\mathrm{w\α}}C}_s{C}_h{C}_{\mathrm{shi}}{A}_i\left(\mathrm{\α}\right)\right)\·V_w^2$

风载荷方向为：

α_wi=α+C_wα(α,b/a)

形状修正系数k_wα和方向修正系数C_wα通过风洞试验加以确定。在风洞试验中，对不同风向角下的不同长宽比单独矩形模块风载荷大小和方向加以测定，建立形状修正系数和方向修正系数相对于风向角和模块长宽比的数据库。

具体计算该系数时，根据模块的实际风向角和长宽比采用插值的方法获得，插值法又称“内插法”，是利用函数f_(x)在某区间中若干点的函数值，作出适当的特定函数，在这些点上取已知值，在区间的其他点上用这特定函数的值作为函数f_(x)的近似值。

遮蔽系数C_shi通过风洞试验加以确定。在风洞试验中，对不同风向角下的不同空间比（模块间距与模块尺度的比值）两个矩形模块中的下风向模块的风载荷加以测定，建立遮蔽系数相对于风向角和模块空间比的数据库。具体计算该系数时，根据模块的实际风向角和空间比采用插值的方法获得。

综上所述，使用本发明的风载荷计算的改进模块法，可以解决复杂物体的风载荷计算问题，并且可以考虑物体间的遮蔽效应，从而提高风载荷计算的精度。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (5)

1.一种适用于海洋工程船的风载荷计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，在风洞试验中，对不同风向角下的不同长宽比的矩形模块的风载荷大小加以测定，并建立不同长宽比的矩形模块的风载荷大小相对于风向角的数据库；

步骤2，把海洋工程船离散成不同的标准构件模块，利用步骤1形成的数据库和插值法分别计算每个标准构件模块的风载荷，然后再叠加计算的风载荷获得总的风载荷。

2.如权利要求1所述的风载荷计算方法，其特征在于，所述步骤1中还包括在风洞试验中，对不同风向角下的不同长宽比单独矩形模块的风载荷的方向加以测定，并建立不同长宽比的矩形模块的风载荷方向相对于风向角的数据库。

3.如权利要求1所述的风载荷计算方法，其特征在于，所述步骤1中还包括在风洞试验中，对不同风向角下的不同空间比的两个矩形模块中的下风向模块的风载荷加以测定，并建立下风向模块的风载荷相对于风向角的数据库。

4.如权利要求3所述的风载荷计算方法，其特征在于，所述两个矩形模块的空间比为两个矩形模块的间距与尺度的比值。

5.如权利要求1至4任一项所述的风载荷计算方法，其特征在于，所述海洋工程船为钻井船、修井船或平台维护船。