1、單擊此處編輯副標(biāo)題單擊此處編輯副標(biāo)題 楊小龍 2014.6一、系泊系統(tǒng)作用與分類一、系泊系統(tǒng)作用與分類二、系泊系統(tǒng)組成二、系泊系統(tǒng)組成三、系泊系統(tǒng)分析方法三、系泊系統(tǒng)分析方法四、其他四、其他本講義圖片多來源于網(wǎng)絡(luò)本講義圖片多來源于網(wǎng)絡(luò)一、系泊系統(tǒng)作用于分類一、系泊系統(tǒng)作用于分類通過纜繩或其他機械裝置將水面結(jié)構(gòu)實施與固定點連接，使被系泊結(jié)構(gòu)物具有抵御一定通過纜繩或其他機械裝置將水面結(jié)構(gòu)實施與固定點連接，使被系泊結(jié)構(gòu)物具有抵御一定環(huán)境條件的能力，保證設(shè)計環(huán)境下的作業(yè)需求，遭遇極端海況時，能夠保證結(jié)構(gòu)物環(huán)境條件的能力，保證設(shè)計環(huán)境下的作業(yè)需求，遭遇極端海況時，能夠保證結(jié)構(gòu)物 和系和系泊系統(tǒng)本身安全。

2、泊系統(tǒng)本身安全。（一）系泊系統(tǒng)定義和作用（一）系泊系統(tǒng)定義和作用（stationkeeping or positioning）一、系泊系統(tǒng)分類一、系泊系統(tǒng)分類按結(jié)構(gòu)形式：按結(jié)構(gòu)形式：多點系泊系統(tǒng)多點系泊系統(tǒng) ，單點系泊系統(tǒng)，動力定位系統(tǒng)，多種定位系統(tǒng)組合等，單點系泊系統(tǒng)，動力定位系統(tǒng)，多種定位系統(tǒng)組合等按回復(fù)力作用形式（軟硬程度）：按回復(fù)力作用形式（軟硬程度）：懸鏈線，張緊式系泊，半張緊式系泊，懸鏈線，張緊式系泊，半張緊式系泊，tendon，compliant tower，jacket等等按纜繩組成成分：按纜繩組成成分：純錨鏈，純錨纜，錨鏈純錨鏈，純錨纜，錨鏈+錨纜，高分子聚合材料，錨鏈錨纜，

3、高分子聚合材料，錨鏈+高分子等高分子等（一）典型分類依據(jù)（一）典型分類依據(jù)-分類形式千差萬別分類形式千差萬別二、典型系泊系統(tǒng)組成二、典型系泊系統(tǒng)組成典型的系泊系統(tǒng)組成可分為上浮體固定端，導(dǎo)向裝置，系泊主體，海底固定端典型的系泊系統(tǒng)組成可分為上浮體固定端，導(dǎo)向裝置，系泊主體，海底固定端組成。組成。經(jīng)過多年的發(fā)展，系泊系統(tǒng)的每個組成部分都衍生除了經(jīng)過多年的發(fā)展，系泊系統(tǒng)的每個組成部分都衍生除了N多變種。多變種。動力定位系統(tǒng)動力定位系統(tǒng)三、系泊系統(tǒng)分析方法三、系泊系統(tǒng)分析方法系泊系統(tǒng)的設(shè)計和復(fù)核是指在標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的指導(dǎo)下，保證系泊系統(tǒng)的系泊系統(tǒng)的設(shè)計和復(fù)核是指在標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的指導(dǎo)下，保證系泊系統(tǒng)的選型設(shè)

4、計滿足工程功能需求，同時考慮經(jīng)濟性及后期維保便易性。選型設(shè)計滿足工程功能需求，同時考慮經(jīng)濟性及后期維保便易性。設(shè)計目的：設(shè)計目的：設(shè)計內(nèi)容：設(shè)計內(nèi)容：系泊系統(tǒng)設(shè)計主要包括：系泊系統(tǒng)設(shè)計主要包括：1. 系泊系統(tǒng)的布置與選型系泊系統(tǒng)的布置與選型2. 強度分析強度分析3. 疲勞分析疲勞分析4. 間隙與干涉校核間隙與干涉校核5. 錨錨三、系泊系統(tǒng)分析方法三、系泊系統(tǒng)分析方法在數(shù)值分析中，在數(shù)值分析中，根據(jù)平衡特性的不同可分為靜力法，準(zhǔn)靜力法和動力法。根據(jù)平衡特性的不同可分為靜力法，準(zhǔn)靜力法和動力法。根據(jù)數(shù)值方法的不同，可分為有限元法和有限差分法。根據(jù)數(shù)值方法的不同，可分為有限元法和有限差分法。根據(jù)運動

5、特性的不同，可以分為頻域法和時域法。根據(jù)運動特性的不同，可以分為頻域法和時域法。根據(jù)求解范圍的不同，可分為耦合分析與非耦合分析。根據(jù)求解范圍的不同，可分為耦合分析與非耦合分析。容易混淆的定義：容易混淆的定義：三、系泊系統(tǒng)分析方法三、系泊系統(tǒng)分析方法所謂靜力是指不隨時間變化的力，反映在系泊系統(tǒng)上，是指環(huán)境載荷所謂靜力是指不隨時間變化的力，反映在系泊系統(tǒng)上，是指環(huán)境載荷中的定常部分。中的定常部分。系泊系統(tǒng)的動力包括兩方面來源：系泊系統(tǒng)的動力包括兩方面來源：1. 上浮體，包括水動力，波動風(fēng)等上浮體，包括水動力，波動風(fēng)等 浮體振蕩運動及水平漂移浮體振蕩運動及水平漂移2. 系泊系統(tǒng)，包括纜繩上的附加質(zhì)量

6、與阻尼，纜繩與海底的碰撞與摩系泊系統(tǒng)，包括纜繩上的附加質(zhì)量與阻尼，纜繩與海底的碰撞與摩擦，系泊系統(tǒng)上配重與浮筒振蕩運動擦，系泊系統(tǒng)上配重與浮筒振蕩運動 改變系泊系統(tǒng)的運動改變系泊系統(tǒng)的運動學(xué)與動力學(xué)狀態(tài)，對上浮體也會造成影響。學(xué)與動力學(xué)狀態(tài)，對上浮體也會造成影響。靜力法，準(zhǔn)靜（動）力法，動力法靜力法，準(zhǔn)靜（動）力法，動力法三、系泊系統(tǒng)分析方法三、系泊系統(tǒng)分析方法靜力法：計算浮體所受的平均載荷，根據(jù)懸鏈線方程或系泊系統(tǒng)受力靜力法：計算浮體所受的平均載荷，根據(jù)懸鏈線方程或系泊系統(tǒng)受力-位移曲線將載位移曲線將載荷在系泊系統(tǒng)間進行分配。荷在系泊系統(tǒng)間進行分配。準(zhǔn)靜力法：考慮上部浮體的定常和慢漂運動，忽

7、略系泊系統(tǒng)本身的動態(tài)效應(yīng)，忽略準(zhǔn)靜力法：考慮上部浮體的定常和慢漂運動，忽略系泊系統(tǒng)本身的動態(tài)效應(yīng)，忽略浮體波頻運動隊系泊系統(tǒng)影響，根據(jù)懸鏈線方程或系泊系統(tǒng)受力浮體波頻運動隊系泊系統(tǒng)影響，根據(jù)懸鏈線方程或系泊系統(tǒng)受力-位移曲線將載荷在位移曲線將載荷在系泊系統(tǒng)間進行分配。系泊系統(tǒng)間進行分配。動力法：考慮上部浮體的動力效應(yīng)，也考慮纜繩上的動態(tài)效應(yīng)。動力法：考慮上部浮體的動力效應(yīng)，也考慮纜繩上的動態(tài)效應(yīng)。靜力法，準(zhǔn)靜力法，動力法靜力法，準(zhǔn)靜力法，動力法三、系泊系統(tǒng)分析方法三、系泊系統(tǒng)分析方法靜力法適用于環(huán)境條件溫和，系泊形式簡單，水深較淺的系泊系統(tǒng)選型靜力法適用于環(huán)境條件溫和，系泊形式簡單，水深較淺的

8、系泊系統(tǒng)選型/初步設(shè)初步設(shè)計。隨著系泊系統(tǒng)的復(fù)雜化，系泊結(jié)構(gòu)物的大型化，油氣開發(fā)的深水化以及計計。隨著系泊系統(tǒng)的復(fù)雜化，系泊結(jié)構(gòu)物的大型化，油氣開發(fā)的深水化以及計算軟件和工具的飛速發(fā)展現(xiàn)已基本棄用。算軟件和工具的飛速發(fā)展現(xiàn)已基本棄用。準(zhǔn)靜力法：計算速度快，可滿足大部分工程設(shè)計需要，但忽略了纜繩上的慣性準(zhǔn)靜力法：計算速度快，可滿足大部分工程設(shè)計需要，但忽略了纜繩上的慣性力和拖曳力的影響。力和拖曳力的影響。動力法：廣泛應(yīng)用于深水或超深水系泊系統(tǒng)設(shè)計。動力法：廣泛應(yīng)用于深水或超深水系泊系統(tǒng)設(shè)計。靜力法，準(zhǔn)靜力法，動力法靜力法，準(zhǔn)靜力法，動力法三、系泊系統(tǒng)分析方法三、系泊系統(tǒng)分析方法準(zhǔn)靜力法，動力法準(zhǔn)

9、靜力法，動力法三、系泊系統(tǒng)分析方法三、系泊系統(tǒng)分析方法在深水中，平臺、系泊系統(tǒng)和立管相互作用明顯，評估動力相互作用的方法有兩種：在深水中，平臺、系泊系統(tǒng)和立管相互作用明顯，評估動力相互作用的方法有兩種：1.非耦合或傳統(tǒng)的準(zhǔn)靜態(tài)分析，假設(shè)系泊系統(tǒng)和立管靜態(tài)地影響平臺的運動，僅非耦合或傳統(tǒng)的準(zhǔn)靜態(tài)分析，假設(shè)系泊系統(tǒng)和立管靜態(tài)地影響平臺的運動，僅提供回復(fù)力剛度；提供回復(fù)力剛度；2.耦合分析，將平臺，系泊系統(tǒng)和立管作為一個整體，評估其相互作用，平臺運耦合分析，將平臺，系泊系統(tǒng)和立管作為一個整體，評估其相互作用，平臺運動分析中考慮系泊系統(tǒng)的阻尼和慣性效應(yīng)；動分析中考慮系泊系統(tǒng)的阻尼和慣性效應(yīng)；兩者的主要

10、區(qū)別在于求解方程（組）的維數(shù)，耦合分析協(xié)同考慮船體與系泊系統(tǒng)的兩者的主要區(qū)別在于求解方程（組）的維數(shù)，耦合分析協(xié)同考慮船體與系泊系統(tǒng)的相互作用相互作用非耦合分析與耦合分析非耦合分析與耦合分析三、系泊系統(tǒng)分析方法三、系泊系統(tǒng)分析方法非耦合分析與耦合分析非耦合分析與耦合分析三、系泊系統(tǒng)分析方法三、系泊系統(tǒng)分析方法非耦合分析流程圖非耦合分析流程圖三、系泊系統(tǒng)分析方法三、系泊系統(tǒng)分析方法耦合分析流程圖耦合分析流程圖三、系泊系統(tǒng)分析方法三、系泊系統(tǒng)分析方法線性與非線性線性與非線性非線性是指自變量與因變量的關(guān)系不是直線，而是曲線，曲面或不確定的屬性。非線性是指自變量與因變量的關(guān)系不是直線，而是曲線，曲面或

11、不確定的屬性。所謂線性，是指變量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系是直線的屬性。從數(shù)學(xué)意義上講，是指方所謂線性，是指變量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系是直線的屬性。從數(shù)學(xué)意義上講，是指方程的解滿足線性疊加原理，即方程任意兩個解的線性疊加，仍然是方程的一個程的解滿足線性疊加原理，即方程任意兩個解的線性疊加，仍然是方程的一個解。解。線性關(guān)系本質(zhì)上說是指互不想干的相互關(guān)系，而非線性則是相互作用，這是這線性關(guān)系本質(zhì)上說是指互不想干的相互關(guān)系，而非線性則是相互作用，這是這種作用，使得整體不在是簡單滴全部等于部分之和，而可能出現(xiàn)不同于種作用，使得整體不在是簡單滴全部等于部分之和，而可能出現(xiàn)不同于“線性線性疊加疊加”的增益或虧損。的增益或虧損

12、。三、系泊系統(tǒng)分析方法三、系泊系統(tǒng)分析方法系泊系統(tǒng)非線性的主要來源：系泊系統(tǒng)非線性的主要來源：1.幾何剛度：系泊系統(tǒng)的回復(fù)力幾何剛度：系泊系統(tǒng)的回復(fù)力-位移變化具有非線性效應(yīng)位移變化具有非線性效應(yīng)2.水動力載荷：小尺度結(jié)構(gòu)物受力的水動力載荷：小尺度結(jié)構(gòu)物受力的morison公式的二次拖曳力項公式的二次拖曳力項3.三維空間的較大的旋轉(zhuǎn)變形：結(jié)構(gòu)物發(fā)生兩個方向彎曲時的剛度三維空間的較大的旋轉(zhuǎn)變形：結(jié)構(gòu)物發(fā)生兩個方向彎曲時的剛度4.材料非線性材料非線性5.接觸問題：系泊錨鏈與海底的接觸，接觸問題：系泊錨鏈與海底的接觸，fender的作用等的作用等三、系泊系統(tǒng)分析方法三、系泊系統(tǒng)分析方法頻域分析與時域

13、分析頻域分析與時域分析從數(shù)學(xué)上講，頻域分析與時域分析的區(qū)別在于方程中的變量是頻率還是時間。從數(shù)學(xué)上講，頻域分析與時域分析的區(qū)別在于方程中的變量是頻率還是時間。頻域分析的本質(zhì)是線性疊加原理，因此只能考慮線性或弱非線性的因素，系統(tǒng)頻域分析的本質(zhì)是線性疊加原理，因此只能考慮線性或弱非線性的因素，系統(tǒng)的非線性特性在頻域中要進行線性化處理。頻域計算結(jié)果通過譜分析后可得到的非線性特性在頻域中要進行線性化處理。頻域計算結(jié)果通過譜分析后可得到關(guān)心的特種統(tǒng)計量。關(guān)心的特種統(tǒng)計量。時域分析可以完整的考慮系統(tǒng)的非線性特性，真實反映系統(tǒng)實際狀態(tài)，在同一時域分析可以完整的考慮系統(tǒng)的非線性特性，真實反映系統(tǒng)實際狀態(tài)，在同

14、一時刻求解系統(tǒng)平衡方程，并計及系統(tǒng)的前一時刻對當(dāng)前的影響（或當(dāng)前時刻對時刻求解系統(tǒng)平衡方程，并計及系統(tǒng)的前一時刻對當(dāng)前的影響（或當(dāng)前時刻對后一時刻的影響），求得的結(jié)果是變量的完整時間歷程。后一時刻的影響），求得的結(jié)果是變量的完整時間歷程。三、系泊系統(tǒng)分析方法三、系泊系統(tǒng)分析方法傅里葉變換傅里葉變換以時間為參照來觀察動態(tài)世界的方法我們稱之為時域分析。但如果換一個角度，以時間為參照來觀察動態(tài)世界的方法我們稱之為時域分析。但如果換一個角度，從頻域的角度來看，世界又是從頻域的角度來看，世界又是“永恒不變永恒不變”的，這個靜止的世界就叫做頻域。的，這個靜止的世界就叫做頻域。通過傅里葉變換和逆變換，可以實

15、現(xiàn)頻域與時域的相互轉(zhuǎn)換。通過傅里葉變換和逆變換，可以實現(xiàn)頻域與時域的相互轉(zhuǎn)換。四、其他四、其他常用規(guī)范：常用規(guī)范：1.API RP 2SK-Design and Analysis of Stationkeeping Systems for Floating Structures2.API RP 2SM-Recommended Practice for Design, Manufacture, Installation, and Maintenance of Synthetic Fiber Ropes for offshore Mooring 3.DNV Offshore Standard E3

16、01-Position Mooring4.ABS Guide For Building and Classing Floating Production Installation5.NI493-Classification of Mooring Systems for Permanent Offshore Units6.GLND 0032-Guidelines for Moorings四、其他四、其他 系泊系統(tǒng)適用的水深范圍：系泊系統(tǒng)適用的水深范圍：1.1500m，一般選用張緊式或半張緊式的合成纖維纜繩，一般選用張緊式或半張緊式的合成纖維纜繩4.動力定位系統(tǒng)理論上可以適用于任何水深動力定位系統(tǒng)理論上可以適用于任何水深隨著海洋油氣開發(fā)向深海發(fā)展，懸鏈線式系泊系統(tǒng)總重量增加，動力效應(yīng)顯著，深隨著海洋油氣開發(fā)向深海發(fā)展，懸鏈線式系泊系統(tǒng)總重量增加，動力效應(yīng)顯著，深水浮式平臺甲板可變載荷的需要和設(shè)計浮力的限制使深水聚酯纜張緊式系泊系統(tǒng)的水浮式平臺甲板可變載荷的需要和設(shè)計浮力的限制使深水聚酯纜張緊式系泊系統(tǒng)的應(yīng)用更為普遍。應(yīng)用更為普遍。四、其他四、其他公司現(xiàn)有的分析軟件：公司現(xiàn)有的分析軟件：海工目前的系泊分析軟件包括海工目前的系泊分析軟件包括Moses，Orcaflex，Sesam-DeepC。Moses可以進行水動力計算及系泊耦合分析計算，但海工未購買耦合分析計算模塊，可以