系泊系統設計簡介

楊小龍2014.6系泊系統設計簡介提綱一、系泊系統作用與分類二、系泊系統組成三、系泊系統分析方法四、其他本講義圖片多來源于網絡提綱一、系泊系統作用與分類一、系泊系統作用于分類通過纜繩或其他機械裝置將水面結構實施與固定點連接，使被系泊結構物具有抵御一定環境條件的能力，保證設計環境下的作業需求，遭遇極端海況時，能夠保證結構物和系泊系統本身安全。（一）系泊系統定義和作用（stationkeepingorpositioning）一、系泊系統作用于分類通過纜繩或其他機械裝置將水面結構實施與一、系泊系統分類按結構形式：多點系泊系統

，單點系泊系統，動力定位系統，多種定位系統組合等按回復力作用形式（軟硬程度）：懸鏈線，張緊式系泊，半張緊式系泊，tendon，complianttower，jacket等按纜繩組成成分：純錨鏈，純錨纜，錨鏈+錨纜，高分子聚合材料，錨鏈+高分子等（一）典型分類依據-分類形式千差萬別一、系泊系統分類按結構形式：（一）典型分類依據-分類形式千差二、典型系泊系統組成典型的系泊系統組成可分為上浮體固定端，導向裝置，系泊主體，海底固定端組成。經過多年的發展，系泊系統的每個組成部分都衍生除了N多變種。動力定位系統二、典型系泊系統組成典型的系泊系統組成可分為上浮體固定端，導三、系泊系統分析方法系泊系統的設計和復核是指在標準和規范的指導下，保證系泊系統的選型設計滿足工程功能需求，同時考慮經濟性及后期維保便易性。設計目的：設計內容：系泊系統設計主要包括：系泊系統的布置與選型強度分析疲勞分析間隙與干涉校核錨三、系泊系統分析方法系泊系統的設計和復核是指在標準和規范的指三、系泊系統分析方法在數值分析中，根據平衡特性的不同可分為靜力法，準靜力法和動力法。根據數值方法的不同，可分為有限元法和有限差分法。根據運動特性的不同，可以分為頻域法和時域法。根據求解范圍的不同，可分為耦合分析與非耦合分析。容易混淆的定義：三、系泊系統分析方法在數值分析中，容易混淆的定義：三、系泊系統分析方法所謂靜力是指不隨時間變化的力，反映在系泊系統上，是指環境載荷中的定常部分。系泊系統的動力包括兩方面來源：上浮體，包括水動力，波動風等浮體振蕩運動及水平漂移系泊系統，包括纜繩上的附加質量與阻尼，纜繩與海底的碰撞與摩擦，系泊系統上配重與浮筒振蕩運動改變系泊系統的運動學與動力學狀態，對上浮體也會造成影響。靜力法，準靜（動）力法，動力法三、系泊系統分析方法所謂靜力是指不隨時間變化的力，反映在系泊三、系泊系統分析方法靜力法：計算浮體所受的平均載荷，根據懸鏈線方程或系泊系統受力-位移曲線將載荷在系泊系統間進行分配。準靜力法：考慮上部浮體的定常和慢漂運動，忽略系泊系統本身的動態效應，忽略浮體波頻運動隊系泊系統影響，根據懸鏈線方程或系泊系統受力-位移曲線將載荷在系泊系統間進行分配。動力法：考慮上部浮體的動力效應，也考慮纜繩上的動態效應。靜力法，準靜力法，動力法三、系泊系統分析方法靜力法：計算浮體所受的平均載荷，根據懸鏈三、系泊系統分析方法靜力法適用于環境條件溫和，系泊形式簡單，水深較淺的系泊系統選型/初步設計。隨著系泊系統的復雜化，系泊結構物的大型化，油氣開發的深水化以及計算軟件和工具的飛速發展現已基本棄用。準靜力法：計算速度快，可滿足大部分工程設計需要，但忽略了纜繩上的慣性力和拖曳力的影響。動力法：廣泛應用于深水或超深水系泊系統設計。靜力法，準靜力法，動力法三、系泊系統分析方法靜力法適用于環境條件溫和，系泊形式簡單，三、系泊系統分析方法準靜力法，動力法三、系泊系統分析方法準靜力法，動力法三、系泊系統分析方法在深水中，平臺、系泊系統和立管相互作用明顯，評估動力相互作用的方法有兩種：非耦合或傳統的準靜態分析，假設系泊系統和立管靜態地影響平臺的運動，僅提供回復力剛度；耦合分析，將平臺，系泊系統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的阻尼和慣性效應；兩者的主要區別在于求解方程（組）的維數，耦合分析協同考慮船體與系泊系統的相互作用非耦合分析與耦合分析三、系泊系統分析方法在深水中，平臺、系泊系統和立管相互作用明三、系泊系統分析方法非耦合分析與耦合分析三、系泊系統分析方法非耦合分析與耦合分析三、系泊系統分析方法非耦合分析流程圖三、系泊系統分析方法非耦合分析流程圖三、系泊系統分析方法耦合分析流程圖三、系泊系統分析方法耦合分析流程圖三、系泊系統分析方法線性與非線性非線性是指自變量與因變量的關系不是直線，而是曲線，曲面或不確定的屬性。所謂線性，是指變量之間的數學關系是直線的屬性。從數學意義上講，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，仍然是方程的一個解。線性關系本質上說是指互不想干的相互關系，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，而可能出現不同于“線性疊加”的增益或虧損。三、系泊系統分析方法線性與非線性非線性是指自變量與因變量的關三、系泊系統分析方法系泊系統非線性的主要來源：幾何剛度：系泊系統的回復力-位移變化具有非線性效應水動力載荷：小尺度結構物受力的morison公式的二次拖曳力項三維空間的較大的旋轉變形：結構物發生兩個方向彎曲時的剛度材料非線性接觸問題：系泊錨鏈與海底的接觸，fender的作用等三、系泊系統分析方法系泊系統非線性的主要來源：幾何剛度：系泊三、系泊系統分析方法頻域分析與時域分析從數學上講，頻域分析與時域分析的區別在于方程中的變量是頻率還是時間。頻域分析的本質是線性疊加原理，因此只能考慮線性或弱非線性的因素，系統的非線性特性在頻域中要進行線性化處理。頻域計算結果通過譜分析后可得到關心的特種統計量。時域分析可以完整的考慮系統的非線性特性，真實反映系統實際狀態，在同一時刻求解系統平衡方程，并計及系統的前一時刻對當前的影響（或當前時刻對后一時刻的影響），求得的結果是變量的完整時間歷程。三、系泊系統分析方法頻域分析與時域分析從數學上講，頻域分析與三、系泊系統分析方法傅里葉變換以時間為參照來觀察動態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“永恒不變”的，這個靜止的世界就叫做頻域。通過傅里葉變換和逆變換，可以實現頻域與時域的相互轉換。三、系泊系統分析方法傅里葉變換以時間為參照來觀察動態世界的方四、其他常用規范：APIRP2SK-DesignandAnalysisofStationkeepingSystemsforFloatingStructuresAPIRP2SM-RecommendedPracticeforDesign,Manufacture,Installation,andMaintenanceofSyntheticFiberRopesforoffshoreMooringDNVOffshoreStandardE301-PositionMooringABSGuideForBuildingandClassingFloatingProductionInstallationNI493-ClassificationofMooringSystemsforPermanentOffshoreUnitsGLND0032-GuidelinesforMoorings四、其他常用規范：APIRP2SK-Designand四、其他

系泊系統適用的水深范圍：<500m，可選用全錨鏈的懸鏈線系泊500—1500m，全錨鏈的系泊系統已經不經濟，可選用chain-wire-chain的懸鏈線系泊或合成纖維纜繩>1500m，一般選用張緊式或半張緊式的合成纖維纜繩動力定位系統理論上可以適用于任何水深隨著海洋油氣開發向深海發展，懸鏈線式系泊系統總重量增加，動力效應顯著，深水浮式平臺甲板可變載荷的需要和設計浮力的限制使深水聚酯纜張緊式系泊系統的應用更為普遍。四、其他系泊系統適用的水深范圍：<500m，可選用全錨鏈的四、其他公司現有的分析軟件：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，目前的采用準靜態分析的方法。Orcaflex不具備水動力計算功能，需要外部導入。Orcaflex進行系泊分析采用耦合分析方法，纜繩或立管上的動態效應采用有限質量法。Sesam軟件中的HydroD可以為DeepC的時域耦合分析提供上浮體水動力輸入，動態計算采用有限元法。四、其他公司現有的分析軟件：海工目前的系泊分析軟件包括Mos謝謝！謝謝！系泊系統設計簡介

楊小龍2014.6系泊系統設計簡介提綱一、系泊系統作用與分類二、系泊系統組成三、系泊系統分析方法四、其他本講義圖片多來源于網絡提綱一、系泊系統作用與分類一、系泊系統作用于分類通過纜繩或其他機械裝置將水面結構實施與固定點連接，使被系泊結構物具有抵御一定環境條件的能力，保證設計環境下的作業需求，遭遇極端海況時，能夠保證結構物和系泊系統本身安全。（一）系泊系統定義和作用（stationkeepingorpositioning）一、系泊系統作用于分類通過纜繩或其他機械裝置將水面結構實施與一、系泊系統分類按結構形式：多點系泊系統

，單點系泊系統，動力定位系統，多種定位系統組合等按回復力作用形式（軟硬程度）：懸鏈線，張緊式系泊，半張緊式系泊，tendon，complianttower，jacket等按纜繩組成成分：純錨鏈，純錨纜，錨鏈+錨纜，高分子聚合材料，錨鏈+高分子等（一）典型分類依據-分類形式千差萬別一、系泊系統分類按結構形式：（一）典型分類依據-分類形式千差二、典型系泊系統組成典型的系泊系統組成可分為上浮體固定端，導向裝置，系泊主體，海底固定端組成。經過多年的發展，系泊系統的每個組成部分都衍生除了N多變種。動力定位系統二、典型系泊系統組成典型的系泊系統組成可分為上浮體固定端，導三、系泊系統分析方法系泊系統的設計和復核是指在標準和規范的指導下，保證系泊系統的選型設計滿足工程功能需求，同時考慮經濟性及后期維保便易性。設計目的：設計內容：系泊系統設計主要包括：系泊系統的布置與選型強度分析疲勞分析間隙與干涉校核錨三、系泊系統分析方法系泊系統的設計和復核是指在標準和規范的指三、系泊系統分析方法在數值分析中，根據平衡特性的不同可分為靜力法，準靜力法和動力法。根據數值方法的不同，可分為有限元法和有限差分法。根據運動特性的不同，可以分為頻域法和時域法。根據求解范圍的不同，可分為耦合分析與非耦合分析。容易混淆的定義：三、系泊系統分析方法在數值分析中，容易混淆的定義：三、系泊系統分析方法所謂靜力是指不隨時間變化的力，反映在系泊系統上，是指環境載荷中的定常部分。系泊系統的動力包括兩方面來源：上浮體，包括水動力，波動風等浮體振蕩運動及水平漂移系泊系統，包括纜繩上的附加質量與阻尼，纜繩與海底的碰撞與摩擦，系泊系統上配重與浮筒振蕩運動改變系泊系統的運動學與動力學狀態，對上浮體也會造成影響。靜力法，準靜（動）力法，動力法三、系泊系統分析方法所謂靜力是指不隨時間變化的力，反映在系泊三、系泊系統分析方法靜力法：計算浮體所受的平均載荷，根據懸鏈線方程或系泊系統受力-位移曲線將載荷在系泊系統間進行分配。準靜力法：考慮上部浮體的定常和慢漂運動，忽略系泊系統本身的動態效應，忽略浮體波頻運動隊系泊系統影響，根據懸鏈線方程或系泊系統受力-位移曲線將載荷在系泊系統間進行分配。動力法：考慮上部浮體的動力效應，也考慮纜繩上的動態效應。靜力法，準靜力法，動力法三、系泊系統分析方法靜力法：計算浮體所受的平均載荷，根據懸鏈三、系泊系統分析方法靜力法適用于環境條件溫和，系泊形式簡單，水深較淺的系泊系統選型/初步設計。隨著系泊系統的復雜化，系泊結構物的大型化，油氣開發的深水化以及計算軟件和工具的飛速發展現已基本棄用。準靜力法：計算速度快，可滿足大部分工程設計需要，但忽略了纜繩上的慣性力和拖曳力的影響。動力法：廣泛應用于深水或超深水系泊系統設計。靜力法，準靜力法，動力法三、系泊系統分析方法靜力法適用于環境條件溫和，系泊形式簡單，三、系泊系統分析方法準靜力法，動力法三、系泊系統分析方法準靜力法，動力法三、系泊系統分析方法在深水中，平臺、系泊系統和立管相互作用明顯，評估動力相互作用的方法有兩種：非耦合或傳統的準靜態分析，假設系泊系統和立管靜態地影響平臺的運動，僅提供回復力剛度；耦合分析，將平臺，系泊系統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的阻尼和慣性效應；兩者的主要區別在于求解方程（組）的維數，耦合分析協同考慮船體與系泊系統的相互作用非耦合分析與耦合分析三、系泊系統分析方法在深水中，平臺、系泊系統和立管相互作用明三、系泊系統分析方法非耦合分析與耦合分析三、系泊系統分析方法非耦合分析與耦合分析三、系泊系統分析方法非耦合分析流程圖三、系泊系統分析方法非耦合分析流程圖三、系泊系統分析方法耦合分析流程圖三、系泊系統分析方法耦合分析流程圖三、系泊系統分析方法線性與非線性非線性是指自變量與因變量的關系不是直線，而是曲線，曲面或不確定的屬性。所謂線性，是指變量之間的數學關系是直線的屬性。從數學意義上講，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，仍然是方程的一個解。線性關系本質上說是指互不想干的相互關系，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，而可能出現不同于“線性疊加”的增益或虧損。三、系泊系統分析方法線性與非線性非線性是指自變量與因變量的關三、系泊系統分析方法系泊系統非線性的主要來源：幾何剛度：系泊系統的回復力-位移變化具有非線性效應水動力載荷：小尺度結構物受力的morison公式的二次拖曳力項三維空間的較大的旋轉變形：結構物發生兩個方向彎曲時的剛度材料非線性接觸問題：系泊錨鏈與海底的接觸，fender的作用等三、系泊系統分析方法系泊系統非線性的主要來源：幾何剛度：系泊三、系泊系統分析方法頻域分析與時域分析從數學上講，頻域分析與時域分析的區別在于方程中的變量是頻率還是時間。頻域分析的本質是線性疊加原理，因此只能考慮線性或弱非線性的因素，系統的非線性特性在頻域中要進行線性化處理。頻域計算結果通過譜分析后可得到關心的特種統計量。時域分析可以完整的考慮系統的非線性特性，真實反映系統實際狀態，在同一時刻求解系統平衡方程，并計及系統的前一時刻對當前的影響（或當前時刻對后一時刻的影響），求得的結果是變量的完整時間歷程。三、系泊系統分析方法頻域分析與時域分析從數學上講，頻域分析與三、系泊系統分析方法傅里葉變換以時間為參照來觀察動態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“永恒不變”的，這個靜止的世界就叫做頻域。通過傅里葉變換和逆變換，可以實現頻域與時域的相互轉換。三、系泊系統分析方法傅里葉變換以時間為參照來觀察動態世界的方四、其他常用規范：APIRP2SK-DesignandAnalysisofStationkeepingSystemsforFloatingStructuresAPIRP2SM-RecommendedPracticeforDesign,Manufacture,Installation,andMaintenanceofSyntheticFiberRopesforoffshoreMooringDNVOffshoreStandardE3