浮托安装荷载转移过程动态模拟分析方法技术

一种浮托安装荷载转移过程动态模拟分析方法，包括：建立浮托驳船荷载转移作业过程运动模型；提取浮托驳船荷载转移作业过程运动模型中的浮托驳船准静态平衡位置响应相关项，建立荷载转移阶段准静态平衡方程；求解所述荷载转移阶段准静态平衡方程；提取浮托驳船荷载转移作业过程运动模型中的浮托驳船非稳态水动力荷载相关项及动态响应相关项，建立荷载转移阶段浮托驳船非稳态水动力荷载及动态响应相关项平衡方程；求解所述荷载转移阶段浮托驳船非稳态水动力荷载及动态响应相关项平衡方程。本发明专利技术的模拟准确性相对离散模拟方法明显提高，利于操作人员最优匹配浮托驳船和作业海况，降低作业风险。降低作业风险。降低作业风险。

【技术实现步骤摘要】
浮托安装荷载转移过程动态模拟分析方法


[0001]本专利技术属于海洋工程安装
，尤其涉及一种浮托安装荷载转移过程动态模拟分析方法。

技术介绍

[0002]浮托安装方法是为了解决传统海上吊装作业起吊能力不足和对接调试周期长等问题而设计的一种安装技术。随着海洋平台大型化、集成化的发展趋势，这种方法已经成为目前万吨级海洋平台上部组块整体安装的最佳解决方案。大型海洋平台上部组块一体式浮托安装作业主要包括四个主要过程：(1)进船：浮托驳船驶入基础结构槽口；(2)预对接：上部组块插尖与桩腿耦合装置对中；(3)荷载转移：通过浮托驳船压载或者液压升降系统完成上部组块重量从浮托驳船到基础支撑结构的转移；(4)退船：浮托驳船退出槽口。
[0003]浮托安装作业需要选择合适的海上作业环境条件，保障安装过程的作业安全。选择过程主要依赖于浮托安装作业处理器的模拟过程分析，基于分析获得的数据判定海上作业环境是否满足安全作业条件。浮托安装作业时，上述过程(3)的分析尤为重要，但是由于过程(3)中涉及船体、上部组块和基础结构之间的复杂多体相互作用，上部组块荷载转移会引起浮托驳船平衡位置(吃水)的显著变化，这将会引入非常复杂的非稳态物面水动力荷载分析。现有技术中的常见模拟处理器分析算法为准静态计算方法(应用于浮托安装分析软件例如Aqwa、Sima和Moses)，即将连续荷载转移过程离散为多个阶段，在每一个阶段内进行稳态水动力荷载分析。这种算法未能实现作业过程的真实动态模拟，忽略了动态连续作业过程的惯性荷载，响应结果存在一定误差，进一步可能导致海上作业环境窗口判断存在误差，增加实际作业安全风险。
[0004]本
技术介绍
所公开的上述信息仅仅用于增加对本申请
技术介绍
的理解，因此，其可能包括不构成本领域普通技术人员已知的现有技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有浮托安装荷载转移过程分析时所依赖的准静态分析技术，无法实现非稳态物面水动力荷载模拟，忽略动态连续作业过程的惯性荷载，响应结果存在误差，可能加剧海上作业环境窗口判断误差，存在作业安全风险的问题，设计并提供一种浮托安装荷载转移阶段动态模拟分析方法，为工程人员海上作业环境窗口选择提供可靠数据支撑。
[0006]为实现上述专利技术目的，本专利技术采用下述技术方案予以实现：
[0007]一种浮托安装荷载转移过程动态模拟分析方法，所述动态模拟分析方法包括以下步骤：建立浮托驳船荷载转移作业过程运动模型：
[0008][0009]其中，x
s
为准静态平衡位置响应向量，x
d
为动态响应向量，F
W
为入射波浪荷载，F
R
为辐射波浪荷载，F
HS
为静水回复力，F
Ms
为准静态系泊系统荷载，F
Md
为动态系泊系统荷载，F
Cs
为准静态驳船接触荷载，F
Cd
为动态驳船接触荷载，M为浮托驳船质量矩阵，F
B
为浮托驳船浮力，
F
G
为浮托驳船重力，t为当前时刻；提取浮托驳船荷载转移作业过程运动模型中的浮托驳船准静态平衡位置响应相关项，建立荷载转移阶段准静态平衡方程，所述荷载转移阶段准静态平衡方程为：
[0010]0＝F
Ms
(x
s
,t)+F
Cs
(x
s
,t)+F
B
(x
s
,t)+F
G
(t)；
[0011]求解所述荷载转移阶段准静态平衡方程；提取浮托驳船荷载转移作业过程运动模型中的浮托驳船非稳态水动力荷载相关项及动态响应相关项，建立荷载转移阶段浮托驳船非稳态水动力荷载及动态响应相关项平衡方程，所述荷载转移阶段浮托驳船非稳态水动力荷载及动态响应相关项平衡方程为：
[0012][0013]求解所述荷载转移阶段浮托驳船非稳态水动力荷载及动态响应相关项平衡方程。
[0014]与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果是：本专利技术所提供的浮托安装荷载转移过程动态模拟分析方法，可以有效地提高计算效率，根据非稳态物面边界条件模拟得到的水动力荷载各项统计值均明显增加，充分考虑作业荷载转移过程惯性荷载的影响，准确捕捉荷载转移过程真实响应状态，准确性相对离散模拟方法明显提高，利于操作人员最优匹配浮托驳船和作业海况，降低作业风险。
[0015]结合附图阅读本专利技术的具体实施方式后，本专利技术的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例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专利技术的一些实施例，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。
[0017]图1为本专利技术所提供的浮托安装荷载转移过程动态模拟分析方法一种实施例的流程图；
[0018]图2为采用三角形网格和/或四边形网格离散物面的结构示意图；
[0019]图3为将更新后的、高于水面的网格节点的垂向坐标(z坐标)全部取零时的示意图；
[0020]图4为非稳态物面与定常物面边界条件下静水恢复力系数归一化处理后的对比图；
[0021]图5为根据垂荡自由度非稳态物面和定常物面边界条件求得一阶时域波浪力的第一种统计结果示意图；
[0022]图6为根据垂荡自由度非稳态物面和定常物面边界条件求得一阶时域波浪力的第二种统计结果示意图；
[0023]图7为根据垂荡自由度非稳态物面和定常物面边界条件求得一阶时域波浪力的第三种统计结果示意图；
[0024]图8为荷载转移过程中浮托驳船非稳态连续动力响应的示意图；
[0025]图9示出连续动态模拟方法与分阶段准静态模拟方法的区别。
具体实施方式
[0026]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图和实施例，对本专利技术作进一步详细说明。
[0027]需要说明的是，在本专利技术的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖”、“横”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0028]本专利技术针对现有浮托安装荷载转移过程分析时所依赖的准静态分析技术，无法实现非稳态物面水动力荷载模拟，忽略动态连续作业过程的惯性荷载，响应结果存在误差，可能加剧海上作业环境窗口判断误差，存在作业安全风险的问题，设计并提供一种浮托安装荷载转移过程动态模拟分析方法，以辅助作业人员实现海上作业环境条件和浮托驳船的最优匹配，提升作业安全性。
[0029]图1示出了浮托安装荷载转移过程动态模拟分析方法一种实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种浮托安装荷载转移过程动态模拟分析方法，其特征在于，所述动态模拟分析方法包括以下步骤：建立浮托驳船荷载转移作业过程运动模型：其中，x
s
为准静态平衡位置响应向量，x
d
为动态响应向量，F
W
为入射波浪荷载，F
R
为辐射波浪荷载，F
HS
为静水回复力，F
Ms
为准静态系泊系统荷载，F
Md
为动态系泊系统荷载，F
Cs
为准静态驳船接触荷载，F
Cd
为动态驳船接触荷载，M为浮托驳船质量矩阵，F
B
为浮托驳船浮力，F
G
为浮托驳船重力，t为当前时刻；提取浮托驳船荷载转移作业过程运动模型中的浮托驳船准静态平衡位置响应相关项，建立荷载转移阶段准静态平衡方程，所述荷载转移阶段准静态平衡方程为：0＝F
Ms
(x
s
,t)+F
Cs
(x
s
,t)+F
B
(x
s
,t)+F
G
(t)；求解所述荷载转移阶段准静态平衡方程；提取浮托驳船荷载转移作业过程运动模型中的浮托驳船非稳态水动力荷载相关项及动态响应相关项，建立荷载转移阶段浮托驳船非稳态水动力荷载及动态响应相关项平衡方程，所述荷载转移阶段浮托驳船非稳态水动力荷载及动态响应相关项平衡方程为：求解所述荷载转移阶段浮托驳船非稳态水动力荷载及动态响应相关项平衡方程。2.根据权利要求1所述的浮托安装荷载转移过程动态模拟分析方法，其特征在于，求解所述荷载转移阶段准静态平衡方程包括：选取设定时间步；迭代获取每一个所述设定时间步对应的准静态平衡位置响应向量；求解每一个所述设定时间步对应的准静态平衡位置的准静态系泊系统荷载F
Ms
(x
s
,t)以及准静态驳船接触荷载F
Cs
(x
s
,t)；求解浮托驳船重力F
B
(x
s
,t)。3.根据权利要求2所述的浮托安装荷载转移过程动态模拟分析方法，其特征在于：求解浮托驳船浮力F
B
(x
s
,t)包括以下步骤：采用三角形网格和/或四边形网格离散物面，每一个三角网格和/或四边形网格的角点为一个网格节点；记录初始时刻浮托驳船湿表面每个网格对应的网格节点的位置；根据每一个所述设定时间步内浮托驳船运动状态更新湿表面网格节点的位置：其中为初始时刻每个网格节点的位置，i为每一个网格对应的顺序编号,ξ
s
为准静态平衡位置响应向量的平动矢量，α
s
为准静态平衡位置响应向量的转动矢量，r为单元径向量；将更新后的、高于水面的网格节点的垂向坐标(z坐标)全部取零，其它维度坐标保持不变，得到高于水面的网格节点的动态网格节点坐标；按照网格节点的顺序由动态网格节点坐标构成动态网格；；对湿表面中的每个网格逐一重建，得到重建湿表面网格；
设定重建湿表面网格为准静态平衡位置响应向量湿表面网格，通过直接湿表面静水压力积分方法计算当前设定时间步内的浮托驳船浮力F
B
(x
s
,t)；其中，p
s
为静水压强，n为网格单元外法线方向矢量，S0(x
s
)代表准静态平衡位置响应向量对应的湿表面网格。4.根据权利要求1所述的浮托安装荷载转移过程动态模拟分析方法，其特征在于：求解所述荷载转移阶段浮托驳船非稳态水动力荷载及动态响应相关项平衡方程前，还包...

【专利技术属性】
技术研发人员：李华军，赵树杰，孟珣，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：