CN112660324A - 一种估计张力腿平台在横浪作用下张力极值的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种估计张力腿平台在横浪作用下张力极值的方法，包括：A、建立平台所在海域的波浪长期分布模型；B、基于波浪长期分布模型绘制波浪包络线；C、沿波浪包络线确定设计海况；D、建立平台在设计海况条件下的短期响应极值分布；E、取短期响应极值分布分位数为0.9时的响应值作为该平台在横浪作用下张力极值。本发明开发了一种可应用于南海的利用短期响应极值分析近似估计百年一遇长期响应极值的近似方法，方法简便快速，从而为南海张力腿平台主尺度设计阶段提供参考。
Description
技术领域
本发明涉及海洋工程响应极值预报，具体而言，是关于估计张力腿平台长期响应极值的方法。
背景技术
随着全球海洋石油工业不断向深海发展，我国南海深水油气开发日益受到关注。作为适应深海采油的新型平台——张力腿平台在国内外深水油气开发中得到广泛应用。张力腿平台长期受到波浪、风、流等作用在其上引起的不断变化的环境荷载的影响。故需要对结构进行长期响应，估计张力腿长期响应极值以保证平台的安全性。
长期响应分析通常将环境参数的长期行为建模为一系列短期固定条件。考虑到每种短期环境条件的结构响应和每种短期条件的发生率的全面的长期响应分析被认为是最准确的方法。但对于复杂结构物来说，进行全面长期响应分析需要对大量的环境条件进行的模型试验或时域模拟分析，因此既费时又昂贵。在TLP主尺度参数设计阶段，为了提高计算效率和降低计算成本，需要开发简化方法来近似估算长期响应极值。
发明内容
本发明针对提出一种估计张力腿平台在横浪作用下张力极值的方法，该方法仅需对少量的短期环境条件进行分析，提高了计算效率，节省了计算时间。其采用如下技术方案予以实现：
一种估计张力腿平台在横浪作用下张力极值的方法，包括：
A、建立平台所在海域的波浪长期分布模型；
B、基于波浪长期分布模型绘制波浪包络线；
C、沿波浪包络线确定一组海况；
D、建立平台在各海况条件下的短期响应极值分布；
E、计算各海况下短期响应极值分布分位数为0.9时的响应值，并取其中的最大值作为该平台在横浪作用下张力极值。
进一步地，所述步骤D包括：在各海况条件下对TLP进行多次时域模拟或模型测试，短期海况周期为d＝3小时，波浪入射方向设为横浪向，选取每次时域模拟或模型测试中张力响应最大值作为样本，采用广义极值分布拟合样本，作为各海况下TLP在横浪作用下张力短期响应极值分布
进一步地，所述步骤A包括：采用结构化模式建立平台所在海域的波浪长期分布模型，即把有效波高HS和谱峰周期Tp为的联合分布建立为一个边缘分布与条件分布相乘积的形式：
其中
为有效波高和谱峰周期的联合密度函数，
为有效波高的边缘分布密度函数，
为在给定有效波高hs下，谱峰周期tp的分布密度函数，拟合有效波高HS的边际分布
将数据按有效波高从小至大排序并按波高间距分组，波高间距取Δh＝0.3m，拟合各组中谱峰周期Tp的分布
采用平滑曲线拟合各组
的参数随波高的变化。
进一步地，所述步骤B包括：基于逆一阶可靠度方法，在二维标准正态空间中建立以原点为圆心，半径β＝4.5的圆，将圆离散为点，利用Rosenblatt逆变换，将离散的点从标准正态空间转换至波浪参数空间即可得到该海域波浪包络线。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：本发明采用短期分析来近似估计结构长期响应极值，相较于全面长期响应分析需对结构进行大量环境条件下的模型试验或时域分析，本发明仅需对结构进行少量包络线海况下的短期分析即可得到TLP在横浪作用下百年一遇张力响应极值，提高了计算TLP张力长期响应极值的效率，为TLP主尺度参数设计阶段提供便利。
附图说明
图1是本发明实施例估计南海张力腿平台在横浪作用下张力极值的流程示意图；
图2是本发明实施例张力腿分布图；
图3是本发明实施例波浪散布图；
图4是本发明实施例包络线从标准正态空间转换至环境参数空间示意图；
图5是本发明实施例波浪百年一遇包络线；
图6是本发明实施例沿波浪百年一遇包络线选取海况示意图；
图7是用于长期响应分析的海况。
具体实施方式
为了能够更加清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
图1为本发明估计南海张力腿平台在横浪作用下张力极值的示意图，图2为本实施例涉及的目标浮式平台为一座南海荔湾海域张力腿平台，该平台作业水深为1500米，配置12根张力腿1-12，每个立柱/角落3根。张力腿的主体段直径为42英寸，表1为该张力腿平台主尺度参数。
表1 张力腿平台主尺度参数
| 设计参数 | 数据 | 单位 |
| 立柱直径 | 23.75 | 米 |
| 立柱中心间距 | 61.00 | 米 |
| 立柱高度 | 57.45 | 米 |
| 浮箱高度 | 9.50 | 米 |
| 浮箱宽度 | 12.35 | 米 |
| 设计在位吃水 | 30.00 | 米 |
| 排水量 | 73658 | 吨 |
| 张力腿数 | 12 | 根 |
| 张力腿预张力(每根) | 1606 | 吨 |
| 张力腿直径 | 34-42 | 英寸 |
| 张力腿壁厚 | 1.42-1.69 | 英寸 |
如图3所示，根据荔湾海域40年波浪模拟数据，采用结构化模型建立荔湾海域的波浪长期分布模型：
其中
为有效波高和谱峰周期的联合密度函数，
为有效波高的边缘分布密度函数，
为在给定有效波高hs下，谱峰周期tp的分布密度函数。采用结构化模型建模更加灵活，且便于利用Ronseblatt变化在环境参数空间和标准正态空间中转换数据。
采用合适的分布拟合有效波高Hs的边际分布密度函数
其中α＝1.7757，γ＝1.2531。
将数据按有效波高从小至大排序并按波高间距分组，波高间距取为Δh＝0.3m，采用广义极值分布拟合各组中谱峰周期Tp的分布
其中参数k(h)、μ(h)和σ(h)是给定有效波高Hs后，根据给定Hs的范围(本例中为避免间距过小导致的各组数据过少而影响拟合精确度，取有效波高间隔为0.3m)变量Tp的广义极值分布拟合的三个参数。
采用平滑曲线拟合各组
的参数随波高的变化。平滑函数参数如表2所示。
k(h)＝C＝0.03786
表2 平滑函数参数
| i＝1 | i＝2 | i＝3 | |
| a<sub>i</sub> | 4.591 | 2.121 | 0.6793 |
| b<sub>i</sub> | 0.4252 | 0.8181 | -0.40 |
基于逆一阶可靠度方法，在二维标准正态空间中建立以原点为圆心，β＝4.5为半径的圆。
将圆离散为点：
如图4所示，利用Rosenblatt逆变换，将离散的点从标准正态空间转换至波浪参数空间即可得到该海域百年一遇波浪包络线，如图5所示：
拟波浪入射方向设为横浪向，沿百年一遇波浪包络线选取海况(如图6所示)，波浪谱峰周期范围约3s～22s，步长取1s，在有效波高最大值附近加密取点，共选取28组海况(如图6所示)，其波浪参数见表3。在各海况下分别利用SeSAm软件中的DeepC模块对该TLP进行多次不同波浪随机种子的3小时时域模拟，设置波浪入射方向为横浪向。以每次模拟的响应极值为样本，采用广义极值分布拟合，建立各海况下结构张力极值短期分布
计算各海况张力极值分布分位数为0.9时的响应值
计算结果见表3，取其中的最大值x＝2.31×107N作为该TLP在横浪作用下张力响应百年一遇极值的近似估计。
表3 海况波浪参数、长期预报对应的分位数及0.9分位数对应响应
对该TLP开展长期响应分析，对图7所示的每个海况分别进行了32次3小时的时域模拟，并对每种海况(Hs,Tp)的短期最大响应分布
进行GEV拟合，利用matlab的griddata函数建立GEV参数的在Hs-Tp上的参数曲面，然后对张力腿张力进行长期响应分析，求得该TLP在横浪作用下张力响应百年一遇极值为x100year＝2.3451×107N。利用本发明实施例所述环境轮廓法预报TLP长期张力响应极值的方法与全面前期响应分析得到的结果的相对误差为
由表3可得，工况S16～S24的谱峰周期为16.5s～17.5s，其0.9分位数对应的短期极值与长期预报结果误差均在5％以内，故可认为应用环境包络线法预报的长期极值具有一定稳定性，不会因海况选取小范围的差别而产生较大波动。本发明可利用短期分析快速估算结构长期响应极值，可应用于张力腿平台主尺度设计阶段，为平台主尺度设计提供参考。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (4)
1.一种估计张力腿平台在横浪作用下张力极值的方法，其特征在于包括：
A、建立平台所在海域的波浪长期分布模型；
B、基于波浪长期分布模型绘制波浪包络线；
C、沿波浪包络线确定一组海况；
D、建立平台在各海况条件下的短期响应极值分布；
E、计算各海况下短期响应极值分布分位数为0.9时的响应值，并取其中的最大值作为该平台在横浪作用下张力极值。
2.根据权利要求1所述的估计张力腿平台在横浪作用下张力极值的方法，其特征在于：所述步骤D包括：在设计海况条件下对TLP进行多次时域模拟或模型测试，短期海况周期为d＝3小时，波浪入射方向设为横浪向，选取每次时域模拟或模型测试中张力响应最大值作为样本，采用广义极值分布拟合样本，作为设计海况下TLP在横浪作用下张力短期响应极值分布
3.根据权利要求1所述的估计张力腿平台在横浪作用下张力极值的方法，其特征在于：所述步骤A包括：采用结构化模式建立平台所在海域的波浪长期分布模型，即把有效波高HS和谱峰周期Tp为的联合分布建立为一个边缘分布与条件分布相乘积的形式：
其中
为有效波高和谱峰周期的联合密度函数，
为有效波高的边缘分布密度函数，
为在给定有效波高hs下，谱峰周期tp的分布密度函数，拟合有效波高Hs的边际分布
将数据按有效波高从小至大排序并按波高间距分组，波高间距取Δh＝0.3m，拟合各组中谱峰周期Tp的分布
采用平滑曲线拟合各组
的参数随波高的变化。
4.根据权利要求1所述的估计张力腿平台在横浪作用下张力极值的方法，其特征在于：所述步骤B包括：基于逆一阶可靠度方法，在二维标准正态空间中建立以原点为圆心，半径β＝4.5的圆，将圆离散为点，利用Rosenblatt逆变换，将离散的点从标准正态空间转换至波浪参数空间即可得到该海域波浪包络线。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1453184A (zh) * | 2002-04-25 | 2003-11-05 | 袁晓纪 | 水上浮动平台及其降低风浪载荷的方法 |
| EP2294442A1 (de) * | 2008-06-25 | 2011-03-16 | ATLAS Elektronik GmbH | Verfahren und vorrichtung zum passiven bestimmen von zielparametern |
| CN107291995A (zh) * | 2017-05-27 | 2017-10-24 | 中国船舶工业集团公司第七〇八研究所 | 一种基于谱分析法的浮式海洋结构物结构应力计算方法 |
| CN108750002A (zh) * | 2018-04-12 | 2018-11-06 | 江苏科技大学 | 一种水介质中船冰碰撞简化计算模拟装置及模拟方法 |
| US20190065638A1 (en) * | 2017-08-31 | 2019-02-28 | Google Inc. | Systems and methods for generating a geo-level hierarchical bayesian model |
-
2021
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1453184A (zh) * | 2002-04-25 | 2003-11-05 | 袁晓纪 | 水上浮动平台及其降低风浪载荷的方法 |
| EP2294442A1 (de) * | 2008-06-25 | 2011-03-16 | ATLAS Elektronik GmbH | Verfahren und vorrichtung zum passiven bestimmen von zielparametern |
| CN107291995A (zh) * | 2017-05-27 | 2017-10-24 | 中国船舶工业集团公司第七〇八研究所 | 一种基于谱分析法的浮式海洋结构物结构应力计算方法 |
| US20190065638A1 (en) * | 2017-08-31 | 2019-02-28 | Google Inc. | Systems and methods for generating a geo-level hierarchical bayesian model |
| CN108750002A (zh) * | 2018-04-12 | 2018-11-06 | 江苏科技大学 | 一种水介质中船冰碰撞简化计算模拟装置及模拟方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| GRO SAGLI BAARHOLM等: "Combining contours of significant wave height and peak period with platform response distributions for predicting", 《MARINE STRUCTURES》 * |
| S. HAVER等: "Environmental Contour Lines: A Method for Estimating Long Term Extremes by a Short Term Analysis", 《TRANSACTIONS》 * |
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