深海系泊平台大幅运动的两次展开分析方法

The low frequency drift motion and high frequency oscillation of platforms moored in deep water is a complex physical phenomenon. Due to the large displacement of a platform, all the present analysis methods based on the perturbation with respect to the still position of platform are unreasonable, or not strict. The present study intends to establish a two-steps expansion method in the time domain to solve the complex scientific problem. The strategy of the study is to divide the motion of platform into the large drift motion at low frequency and the oscillation around the drift motion at high frequency, to predict the low frequency drift trajectory of the platform by a wavelet decomposition and filtering method, and then to expand the fluid velocity potential into Taylor series about the body surface at the instantaneous drift position. Boundary conditions will be established at the body surface corresponding to the drift position and the mean water surface, and boundary element method will be used to solve the velocity potential at the body surface, and normal velocity of fluid at the mean water surface. Combining with the previous established mooring line dynamic model by the nonlinear finite element method, a novel coupling analysis model will be established for deep-water moored platform under wave action. Finally, laboratory experiment will be carried out on wave interaction with some moored floating body, and verification of the numerical model will be carried out. At last, benchmark test will be carried out with the new and old numerical models. Through systematic study, applicable ranges and application conditions of various old analysis methods will be given.

深海系泊平台在波浪作用下会发生大幅低频漂移和高频振荡的复杂物理现象。因物体运动幅度很大，目前工程中采用的关于平衡位置展开的分析方法已不再合理，理论上也不严格。本研究拟建立一个两次展开的时域分析方法以解决这一复杂的科学问题。具体分析方法是：将系泊平台的复杂运动分解为水平方向的慢漂和六个方向的高频振荡两个部分，采用小波分解和滤波方法实时预报海洋平台的大幅低频慢漂运动轨迹，然后围绕物体的低频慢漂轨迹对流体速度势做泰勒级数展开，在物体低频运动的瞬时物面和平均水面上建立定解问题的边界条件,利用边界元方法进行求解,再与已建立的非线性有限元系泊缆索动力模型相结合建立一个新的波浪与深海系泊平台耦合作用的分析模型。最后，开展实验室实验验证所建数值模型的正确性；开展系统分析，研究各种因素对平台低频运动的影响和规律，明确各种已有分析方法的适用范围和应用条件。

针对深海系泊平台在波浪作用下发生大幅低频漂移和高频振荡的工程问题，以及目前工程分析方法中的不足，本研究建立了一个两次展开的时域分析方法，和运动物体上二阶非线性波浪力计算的完整时频变换方法。. 提出的两次展开方法应用小波分析方法逐步预报深海平台的低频大幅慢漂运动，然后将深海平台运动响应分解成低频大幅慢漂运动和围绕慢漂运动的高频振动，最后围绕慢漂运动做摄动展开进行求解，这一方法解决了大幅运动下仍采用小幅运动假设的理论缺陷，同时考虑了波作用相位变化和物体运动产生波浪阻尼的问题。提出的完整二阶时频变换方法，将一阶物体运动响应从传统的二阶波浪力传达函数中分离出来，建立了新的二阶波浪力传达函数（QTF）和其数值计算方法，在时域模拟中随着平台运动响应的步进计算，依据求得的物体运动响应和新的二阶脉冲响应函数来计算完整的二阶非线性波浪力，解决了二阶传达函数依赖物体运动响应而在计算QTF时物体运动响应又尚未求得的问题。通过实验结果和二维下理论分析对所建数值模型做了验证。这些方法理论上严谨，解决了目前工程分析软件存在的问题。. 发表论文23篇（其中期刊论文19篇，SCI收录8篇），出版研究生教材1部，获得省部级科技一等奖1项（第二完成人），举办国际会议1次（参会学者90人，其中国外学者60人）。培养博士研究生14人（4人毕业），硕士研究生15人（10人毕业）。