非对称系泊系统作用下岛礁浅水浮式海洋平台耦合动力响应分析方法研究

With the increasing requirements of the marine resource in the South China Sea, the construction and development of the reefs in the South China Sea are urgent. The floating offshore platforms near the reefs in the South China Sea which provide indispensable bases on the sea for the marine scientific research and fishing, have important research value and the urgency of the research. Environment of the reefs in the South China sea are very severe and complex, the hydrodynamic of the floating offshore platforms near the reefs are facing the challenge of the following three aspects: (1) under the condition of shallow water, wave conditions change; (2) floating offshore platforms are near the bottom of sea, and the hydrodynamic coefficients of the platforms change; (3) due to the influence of the reef terrain, mooring system being asymmetrical type, it is more complicated for the coupled analysis method among the mooring, platform and wave loads. Therefore, this project aims to establish a coupled dynamic response method of floating structures in shallow water near the reefs with the asymmetric mooring system. The theoretical analysis, numerical simulation and model test and other research methods will be adapted to fully considering the influence of the reef topography, wave deformation of shallow water, asymmetric dynamic response characteristics of the mooring system under the influence of the average load, the maximum value of load and the load cycle period. The research results of this project will provide the theoretical basis and technical support for the dynamic security analysis and evaluation of the floating offshore platforms near the reefs, and lay the foundation of speeding up the reef construction in the South China Sea.

随着我国南海岛礁建设及资源开发需求的日益迫切，岛礁浮式海洋平台作为南海岛礁海洋科学考察探测、渔业捕捞等不可缺少的海上基地，具有重要研究价值和研究的紧迫性。由于我国南海岛礁环境条件极为恶劣和复杂，目前岛礁浮式海洋平台水动力学方面主要面临以下三方面的挑战工作：（1）浅水条件下，波浪条件发生改变；（2）平台结构接近海底，造成平台的水动力系数发生改变；（3）由于岛礁地形影响，系泊系统往往为非对称式，从而造成系泊与平台、平台与波浪之间的耦合作用更为复杂。因此，本项目旨在通过理论分析、数值模拟、模型试验等研究方法，充分考虑岛礁地形的影响，波浪的浅水变形、平均载荷、载荷幅值及载荷周期影响下非对称系泊系统的动力响应特点，建立一套岛礁浮式海洋平台非对称系泊作用下的耦合水动力分析方法，为我国岛礁浮式海洋平台的水动力安全性分析与评估提供理论依据和技术支持，为加快我国岛礁建设奠定技术基础。

随着我国南海岛礁建设及资源开发需求的日益迫切，岛礁浮式海洋平台作为南海岛礁海洋科学考察探测、渔业捕捞等不可缺少的海上基地，具有重要研究价值和研究的紧迫性。由于我国南海岛礁环境条件极为恶劣和复杂，目前岛礁浮式海洋平台水动力学方面主要面临以下三方面的挑战工作：（1）浅水条件下，波浪条件发生改变；（2）平台结构接近海底，造成平台的水动力系数发生改变；（3）由于岛礁地形影响，系泊系统往往为非对称式，从而造成系泊与平台、平台与波浪之间的耦合作用更为复杂。本项目以布置在岛礁区域的浮式海洋平台为研究对象，基于浅水波浪谱建立了岛礁地形影响下浮式海洋平台波浪荷载计算方法，针对张紧式系泊系统，建立了平均载荷、载荷幅值及载荷周期影响下单根系缆运动方程，在此基础上考虑岛礁地形影响下系泊系统的非对称性，建立了浅水区波浪与平台、平台与系泊系统的耦合运动响应分析方法，通过数值计算获得了非对称系泊作用下浅水区浮式平台运动响应特性，分别进行了有、无岛礁地形下对称式系泊和非对称系泊状态下浮式海洋平台三维水动力模型试验，进行了有无岛礁地形、系泊系统是否对称等试验结果的对比分析，获得了岛礁地形、系泊的非对称性对平台运动和系泊张力的影响规律和特点，通过将试验结果与数值仿真结果对比分析验证了本项目所建立的数值分析方法的正确性，该项目所建立的方法和获得的相关规律可为我国岛礁浮式海洋平台的水动力安全性分析与评估提供理论依据和技术支持，为加快我国岛礁建设奠定技术基础。项目相关研究成果在《Ocean engineering 》、《Marine Structure》、《Applied Ocean Research》等海洋工程领域知名期刊上发表SCIE收录论文12篇、申报发明专利5项、培养硕士研究生4名。