海洋平台上部组块台风载荷计算方法

摘要

本发明涉及一种海洋平台上部组块台风载荷计算方法，步骤如下：取张力腿平台上部组块的四周部分，沿轴线将其离散成微元；根据台风的切向速度和径向速度分布，得到结构微元所受到的台风切向风速和径向风速；将切向风速和径向风速分解到全局坐标系；根据平台自身的运动速度以及风速，求出平台结构与台风的相对速度；将相对速度转化为与轴线垂直的法向相对速度；将法向相对速度从全局坐标系转换到随体坐标系；计入指向上部组块侧壁内法线方向的风载荷；将风载荷从随体坐标系转换到全局坐标系；得到整个上部组块所受风载荷。本发明可以快速简便计算台风载荷，为避免张力腿平台在台风极端载荷作用下发生倾覆等事故提供科学的技术支持。

权利要求

1.一种海洋平台上部组块台风载荷计算方法，首先定义坐标系：OXYZ为全局坐标系，O点位于平台处于静平衡位置时的重心处，OXY与静水面平行；GX’Y’Z’为随TLP一起运动的随体坐标系，G为TLP的重心；在初始时刻，OXYZ与GX’Y’Z’重合，计算方法为：步骤1：取张力腿平台上部组块的四周部分，即首尾相接的长方体，沿轴线将其离散成结构微元；

步骤2：根据台风的切向速度和径向速度分布，得到结构微元所受到的台风切向风速和径向风速；

步骤3：将切向风速和径向风速分解到全局坐标系，得到x和y坐标轴方向的风速；

步骤4：结合平台自身运动速度，求出平台与台风的相对速度；

步骤5：将相对速度转化为与轴线垂直的法向相对速度；

步骤6：将法向相对速度从全局坐标系转换到随体坐标系；

步骤7：计入指向上部组块侧壁内法线方向的风载荷；

步骤8：将风载荷从随体坐标系转换到全局坐标系；

步骤9：将各微元所受风载荷进行积分，得到整个上部组块所受风载荷。

说明书

海洋平台上部组块台风载荷计算方法

技术领域

[0001] 本发明属于海洋工程技术领域，是一种用于大尺度海洋工程结构物所受台风载荷的快速计算方法。

背景技术

[0002] 世界海洋石油资源量占全球石油资源总量的34％，全球海洋石油蕴藏量约1000亿吨，其中探明储量的为380亿吨。随着技术的进步和新技术新材料的不断开发应用，海洋石油勘探开发的成本逐年减低，促进了海洋石油开发的发展。

[0003] 我国海洋石油资源相当丰富，仅南海海洋油气储量初步勘探为230亿至300亿吨，因此开发南海的海洋石油对促进国家经济发展有着重要的意义。

[0004] 南海海洋环境恶劣。每年台风发生的次数一般在6、7次，台风诱发的狂风和巨浪，作用于海洋结构，尤其海洋油气平台的上部结构模块，遭受台风的作用，导致油气生产平台发生破坏。

[0005] 深海油气开发的平台主要的形式之一为张力腿平台，工作在美国墨西哥湾的张力腿平台，曾经发生过台风作用下的重大事故，张力腿平台被台风摧毁。

[0006] 由于张力腿平台上部组块体积巨大，台风气旋引起上部结构组块的扭转和推拉，引起平台平衡位置发生变化以及扭转。此外，台风速度场的风向随台风中心的移动会产生瞬时的变化，其载荷的计算不能采用人们所熟识的定常风模型。如何计算台风气旋的载荷以及引起的结构的动力响应，目前国内外缺乏有效的计算方法。为了解决台风作用下深海张力腿平台所受载荷的计算，预报台风气旋引起的动力响应，做出本次发明。本发明针对深海张力腿平台的上部组块，提出了台风载荷快速简便的计算方法，弥补了张力腿平台上部组块台风载荷计算的研究空白。

发明内容

[0007] 本发明的目的是提供一种快速简便的台风载荷计算方法，有效地得到台风作用下张力腿平台上部组块的风载荷，能够为避免张力腿平台在台风极端载荷作用下发生倾覆等事故提供科学的技术支持。

[0008] 本发明开发的张力腿平台上部组块台风载荷计算方法步骤如下：

[0009] 步骤1：取张力腿平台上部组块的四周部分，即首尾相接的长方体，沿轴线将其离散成微元。

[0010] 步骤2：根据台风的切向速度和径向速度分布，得到结构微元所受到的台风切向风速和径向风速。

[0011] 步骤3：将切向风速和径向风速分解到全局坐标系，得到x和y坐标轴方向的风速。

[0012] 步骤4：根据平台自身的运动速度以及风速，求出平台结构与台风的相对速度。

[0013] 步骤5：将相对速度转化为与轴线垂直的法向相对速度。

[0014] 步骤6：将法向相对速度从全局坐标系转换到随体坐标系。

[0015] 步骤7：计入指向上部组块侧壁内法线方向的风载荷。

[0016] 步骤8：将风载荷从随体坐标系转换到全局坐标系。

[0017] 步骤9：将各微元所受风载荷进行积分，得到整个上部组块所受风载荷。

[0018] 本发明的突出优点是：

[0019] 1、本发明的台风载荷计算方法简单、高效、可行。

[0020] 2、可以根据计算得到的张力腿平台上部组块所受风载荷，可以对张力腿平台进行运动响应预报，进一步优化张力腿平台的运动性能和结构强度。

附图说明

[0021] 图1为张力腿平台上部组块的离散过程示意图。

具体实施方式

[0022] 下面结合附图和实施例对本发明作进行详细描述。

[0023] 定义坐标系：OXYZ为全局坐标系，O点位于平台处于静平衡位置时的重心处，OXY与静水面平行。GX’Y’Z’为随TLP一起运动的随体坐标系，G为TLP的重心。在初始时刻，OXYZ与GX’Y’Z’重合。

[0024] 步骤1：取张力腿平台上部组块1的四周部分2，沿轴线将其离散成微元3。

[0025] 步骤2：根据台风4的切向速度和径向速度分布，得到微元3所受到的台风4的切向风速和径向风速。

[0026] 步骤3：将切向风速和径向风速分解到全局坐标系(公式中用上标s表示)，得到x轴方向的风速和y轴方向的风速。

[0027] 步骤4：根据张力腿平台在全局坐标系中x和y轴方向的运动速度以及风速，求出张力腿平台与台风4的相对速度：

[0028] 步骤5：将相对速度转化为与轴线垂直的法向相对速度：

[0029] 步骤6：利用全局坐标系到随体坐标系的转换矩阵C，将法向相对速度 从全局坐标系转换到随体坐标系，得到速度

[0030]

[0031] 步骤7：计入指向上部组块1侧壁内法线方向的风载荷：

[0032]

[0033] 式中，ρ为空气密度，A为微元侧壁的面积。

[0034] 步骤8：通过转换矩阵，将台风载荷 从随体坐标系转换到全局坐标系：

[0035]

[0036] 步骤9：将各微元3所受风载荷进行积分，得到整个上部组块1所受风载荷。