【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及单点载荷动态分配，具体地说，涉及一种内转塔浮筒式单点载荷动态分配设计方法。
技术介绍
1、fpso是海洋油气田开发的一种主要设施，尤其是离岸远，缺少周边管网依托的海域。截止到2019年，全球共有200余艘fpso在各海域油田服务。为降低遭遇的外载荷，提高设施的运动性能，环境条件较恶劣海域的fpso一般采用单点系泊，近50％的fpso采用单点系泊。单点系泊系统是海洋工程领域的关键装备之一，其基本原理是将fpso通过可360°回转的系泊点系固于海上，使fpso具有风向标效应。而内转塔浮筒式单点作为经济实用的fpso开发形式被广泛使用。
2、浮筒式单点为可解脱式，在环境条件超出设计要求时可以解脱，在良好天气时可以再次回接。这一特点决定了单点系泊装置与fpso之间连接的特殊性及载荷路径传递的复杂性。作为传统的浮体开发装置，如船形fpso，规范中给出了基于船中最大弯矩与剪力的计算方法，可通过规范和计算得到各截面弯矩与剪力包络值进行结构设计与校核；再如半潜类平台，相关规范也给出了设计波条件下的极值计算工况，使得结构校核与设计简单可行，但对于可解脱式单点的相关设计却没有规范与指南可依，亟需一种设计方法解决这一问题。
3、内转塔浮筒式系泊的fpso通过单点装置固定在深海中，系泊荷载每时每刻都在变化，通过系泊连接件传递至浮筒转塔、轴承、卡钳和船体上的力也在不断变化，并且每个位置的力最大值出现的时刻也不相同，寻求每个位置的极端设计荷载及相应时刻下其他相应位置的设计荷载就成为浮筒式单点设计的首要任务。以往设计中受
4、综合，提供一种内转塔浮筒式单点载荷动态分配设计方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种内转塔浮筒式单点载荷动态分配设计方法，以解决上述
技术介绍
中提出的对于可解脱式单点的相关设计却没有规范与指南和传统设计结构形式偏于保守的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术目的在于提供了一种内转塔浮筒式单点载荷动态分配设计方法，包括以下步骤：
3、s1、在sesam软件hydrod模块中根据fpso船体型线建立湿表面模型，根据fpso装载信息建立质量模型，基于湿表面模型和质量模型进行水动力分析得到fpso整体运动响应算子rao；
4、s2、在orcaflex软件中根据fpso的风流力系数、系泊缆参数、系泊布置及关键控制工况建立系泊模型，同时将运动响应算子rao导入,进行全耦合系泊时域分析获得动态数据；
5、s3、与orcaflex软件总体坐标系一致，基于动态数据将每一时刻fpso单点系泊连接件上受到的系泊力进行平面内和平面外分解，得到平面内的分量、垂直于平面的分量及作用点；
6、s4、根据单点系泊连接件与液压卡钳、mcm上环、mcm下环和轴承的相对位置，建立动态力学平衡方程，得到单点转塔、浮筒及mcm三部分的设计载荷r、v及h和浮筒形状、平面内的分量、垂直于平面的分量及作用点的关系式；
7、s5、对时域分析中每一时刻的每个r、v和h进行冒泡搜索算法搜索排序，分别得到r、v和h极大值，同时记录相应时刻平面内的分量、垂直于平面的分量及作用点的值，并记录相应的其它信息，直至搜索完毕；
8、s6、通过等效简化方法整理相关信息r、v和h的极大值，与极大值对应的工况下平面内的分量、垂直于平面的分量及作用点、各系泊连接件上的系泊力，平面内和平面外角度，得到复杂耦合体的力学方程，并在力学方程中引入多物理场耦合参数和非线性系数，完成单点载荷设计分配。
9、作为本技术方案的进一步改进，所述根据fpso船体型线建立湿表面模型，包括以下步骤：
10、s1.1、在sesam hydrod模块中导入fpso的船体型线数据；
11、s1.2、清理和修正输入的型线数据，并设置的网格密度，在湿表面区域使用更细密的网格；
12、s1.3、使用hydrod模块的功能对船体表面进行网格划分并生成相应的水动力分析参数，并采用高阶边界元法对生成的水动力分析参数进行优化，特别注意船首、船尾和舭部等关键区域的网格密度；
13、s1.4、根据预期的分析类型，定义边界条件，设置自由表面的位置。
14、作为本技术方案的进一步改进，所述根据fpso装载信息建立质量模型，包括以下步骤：
15、s1.5、收集fpso各部分的质量信息数据；
16、s1.6、输入质量信息数据，指定每部分的质量及其在船体坐标系中的位置；
17、s1.7、定义全局坐标系，定义fpso的质量分布，质量分布包括船体结构的质量、液体舱室的重量、设备及其他负载的质量，对于每个舱室，输入液体的种类、密度、容量以及装载状态；
18、s1.8、计算总重心位置并计算惯性矩和惯性积，创建质量模型。
19、作为本技术方案的进一步改进，所述将运动响应算子rao导入,进行全耦合系泊时域分析，包括以下步骤：
20、s2.1、定义分析的时间步长和持续时间，设置分析的时间窗口；
21、s2.2、将运动响应算子rao导入至系泊分析软件orcaflex中，启动全耦合系泊时域分析，生成六个方向自由度运动响应函数，并考虑波浪、风和水流的共同作用，引入激励系数对运动响应函数进行优化；
22、s2.3、记录系泊缆的张力、位置和形态随时间的变化。
23、作为本技术方案的进一步改进，所述运动响应函数为：
24、
25、考虑波浪和水流的共同作用，对运动响应函数进行优化为：
26、
27、其中，aoi1(g)表示优化后的运动响应函数；aoi(g)表示运动响应函数；xi(g)表示系统在第i个自由度上的响应幅度；i表示自由度的编号；表示线性响应函数；j(g)表示激励系数；g表示频率；uwave(g)表示波浪激励的幅度；uwind(g)表示风激励的幅度；ucurrent(g)表示水流激励的幅度。
28、作为本技术方案的进一步改进，所述基于动态数据将每一时刻fpso单点系泊连接件上受到的系泊力进行平面内和平面外分解，包括以下步骤：
29、s3.1、从时域分析结果中提取每一时刻作用在fpso单点系泊连接件上的系泊力；
30、s3.2、以单点的系泊连接件所在平台为xy平面；
31、s3.3、将系泊力分解为平面内的分量fxy和垂直于平面的分量fz；
32、s3.4、确定系泊力的作用点位置b，将作用点投影到平面内和平面外。
33、作为本技术方案的进一步改进，建立动态力学平衡方程具体为：根据内转塔浮筒式单点结构特点，对作用在所述系泊连接件上的作用力沿所述浮筒转塔、所述轴承、所述锥体及所述船体mcm传力路径进行传递与力学简化。
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1.一种内转塔浮筒式单点载荷动态分配设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的内转塔浮筒式单点载荷动态分配设计方法，其特征在于：所述S1中，根据FPSO船体型线建立湿表面模型，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的内转塔浮筒式单点载荷动态分配设计方法，其特征在于：所述S1中，根据FPSO装载信息建立质量模型，包括以下步骤：
4.根据权利要求4所述的内转塔浮筒式单点载荷动态分配设计方法，其特征在于：所述S2中，将运动响应算子RAO导入,进行全耦合系泊时域分析，包括以下步骤：
5.根据权利要求5所述的内转塔浮筒式单点载荷动态分配设计方法，其特征在于：所述S2.2中，运动响应函数为：
6.根据权利要求5所述的内转塔浮筒式单点载荷动态分配设计方法，其特征在于：所述S3中，基于动态数据将每一时刻FPSO单点系泊连接件上受到的系泊力进行平面内和平面外分解，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的内转塔浮筒式单点载荷动态分配设计方法，其特征在于：所述S4中，建立动态力学平衡方程具体为：根据内转塔浮筒式
8.根据权利要求7所述的内转塔浮筒式单点载荷动态分配设计方法，其特征在于：所述S4中，得到单点转塔、浮筒及MCM三部分的设计载荷R、V及H和浮筒形状、平面内的分量、垂直于平面的分量及作用点的关系式，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的内转塔浮筒式单点载荷动态分配设计方法，其特征在于：所述S5中，进行冒泡搜索算法排序具体为：通过冒泡搜索算法，得到作用在单点耦合体上所诉R、V和H的极大值，在全耦合时域系泊分析中通过载荷动态分配方法，得到所需耦合体的设计荷载。
10.根据权利要求9所述的内转塔浮筒式单点载荷动态分配设计方法，其特征在于：所述S6中，复杂耦合体的力学方程具体为：
...【技术特征摘要】
1.一种内转塔浮筒式单点载荷动态分配设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的内转塔浮筒式单点载荷动态分配设计方法，其特征在于：所述s1中，根据fpso船体型线建立湿表面模型，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的内转塔浮筒式单点载荷动态分配设计方法，其特征在于：所述s1中，根据fpso装载信息建立质量模型，包括以下步骤：
4.根据权利要求4所述的内转塔浮筒式单点载荷动态分配设计方法，其特征在于：所述s2中，将运动响应算子rao导入,进行全耦合系泊时域分析，包括以下步骤：
5.根据权利要求5所述的内转塔浮筒式单点载荷动态分配设计方法，其特征在于：所述s2.2中，运动响应函数为：
6.根据权利要求5所述的内转塔浮筒式单点载荷动态分配设计方法，其特征在于：所述s3中，基于动态数据将每一时刻fpso单点系泊连接件上受到的系泊力进行平面内和平面外分解，包括以下步骤：
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【专利技术属性】
技术研发人员：蔡元浪，黄曙光，张阳，纪志远，刘波，张棣，魏悠然，李俊汲，李拓夷，张振友，
申请(专利权)人：海洋石油工程股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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