波浪作用下浮体大幅慢漂运动水动力特性研究

Floating platforms (Spar, TLP, FPSO) are always subjected to the combined effects of random waves when they work in the sea. The interaction between wave components of each two frequencies produces sum-frequency and difference-frequency i.e., the higher order wave components, especially in irregular wave. The difference-frequency components are always close to the nature frequency and cause platforms large amplitude low frequency motion, which will reduce and even terminate the drilling. The existing research mostly adopts the numerical method to simulate the slow drift motion of the floating body. Even in the physical model test, the amplitude of slow drift motion is relatively small, and the test results are difficult to repeat. The results are difficult to really reflect the phenomenon of floating drifting and the related factors that affect the slow drift motion. This project intends to adopt the physical model test and numerical simulation method, and mainly includes three aspects: (1) Laboratory wave simulation based on second-order wavemaker theory; (2) Study of a physical model test for large amplitude drift motion of a floating body; (3) Study on the characteristics of the slow drift motion of a variety of mooring floating bodies. Through the completion of this project, the understand of the mechanism of large amplitude slow drift motion of the floating body and the discovery of the influential factors of the slow drift of the floating body will be deeply studied. Corresponding solutions are proposed to avoid the occurrence of slow-drift movement.

浮式海洋平台（Spar，TLP，FPSO）在海上作业过程中会经受随机波浪的作用。特别在不规则波浪下，各个频率的波浪成分相互作用后会产生差频以及和频的高阶波浪成分，其中波浪差频往往会接近海洋平台不同运动模态的自振频率，从而引起结构的大幅低频运动，这种大幅低频运动会减少甚至终止有效钻井作业。现有的研究大都是采用数值方法模拟浮体发生慢漂运动，即便是采用物理模型试验，浮体慢漂的幅度也都很小，试验结果难以重复，研究结果难以真实反应浮体发生大幅慢漂的现象和影响慢漂的相关因素。本项目主要采用物理模型试验和数值模拟的方法，围绕“基于二阶造波理论的实验室波浪模拟”、“浮体在双色波作用下的慢漂运动物理模型试验研究”和“多种形式系泊浮体慢漂运动特征研究”三个方面开展研究工作。以期通过本项目的完成，深入了解浮体发生大幅慢漂机理，找到浮体发生大幅慢漂影响因素，为避免浮体发生慢漂运动提出相应解决办法。

浮式海洋平台（Spar，TLP，FPSO）在海上作业过程中会经受随机波浪的作用。特别在不规则波浪下，各个频率的波浪成分相互作用后会产生差频以及和频的高阶波浪成分，其中波浪差频往往会接近海洋平台不同运动模态的自振频率，从而引起结构的大幅低频运动，这种大幅低频运动会减少甚至终止有效钻井作业。本项目为此开展了大量的物理模型试验研究及数值模拟研究，基于海洋工程常见的结构形式，研究了单体结构和多体结构（三柱结构、四柱结构）的水动力系数和低频慢漂运动，并针对浮体慢漂运动发明了带纵荡板结构海洋平台，可以一定程度上抑制浮体的慢漂运动。通过物理模型试验针对浮体形状、系泊刚度、波浪和频、差频对浮体各方向慢漂运动的影响；通过数值模拟进一步针对浮体形式对慢漂运动的影响以及纵荡板层数和间距对海工结构水动力系数和慢漂运动的影响。通过本项目的完成，深入了解浮体发生大幅慢漂机理，找到了浮体发生大幅慢漂影响因素，提出了避免浮体发生慢漂运动相应解决办法。依托项目支撑，共计发表期刊论文20篇，其中SCI检索论文12篇，进行会议宣讲4次，国际会议2次，发明专利1项，实用新型专利6项，软件著作权3项，并获得科技奖励5项，其中一等奖3项，二等奖1项，三等奖1项。