1．目的及意义

全球的飞速发展使人类对油气资源需求不断增长，越来越多的海洋平台被建造用来开发海上油气资源。目前我国深海油气资源的勘测和开发技术与发达国家还有一定差距，掌握核心的海洋开发技术将是保障我国能源安全的一大关键，因此我国的海洋能源开发技术急需突破和发展。同时海洋工程平台也正在向着大尺寸、结构复杂、多功能的方向发展，因此，海洋工程平台的运输与安装己经成为约束海洋工程结构物发展的重要因素。

目前海洋平台导管架平台的安装方法主要有浮托安装法和吊装法，与传统的吊装法相比，浮托法摆脱了对起重船起重能力的依赖，可对超大、超重的上部模块进行海上整体安装。由于运输和安装作业都使用同一艘船舶，浮托法可以减少上部模块安装的工作界面，节省海上作业的时间。因此，对导管架平台的浮托安装过程数值模拟具有实际工程意义。

国外的相关学者首先对浮托安装过程进行了研究。Xia^[1]等人用驳船和海洋平台模型试验的方法对小型平台的浮托法安装进行了研究，并利用弹簧的张力来测定驳船在浮托安装过程中的碰撞；Tan B^[2]等人重点研究了浮托安装中所需要的关键装置，其研究的重点就是对在载荷转移中的两种重要装置LMU和DSU所受的载荷进行了分析；而Steven^[3]等人对浮托安装过程中DSU装置可能存在失效的问题进行了深入研究，针对对接过程中的DSU装置进行了长时间1.3倍载荷的实验，最终得到了失效的条件，为工程安装提供了指导意义；Kocamam^[4]等人于2008年深入研究了在印度洋应用浮托安装法成功安装的案例，详细介绍了平台组块浮托安装过程中的步骤，其体还包括了载荷转移过程中设备的使用方式，运输便用的驳船的选用以及系泊系统布置方法等，最后用模型试验验证了实际工程安装的数据准确性和施工的可行性。Hamilton^[5]研究了系泊系统的动态特性和环境的重要性，还进行了整个浮托安装系统的护舷系统柔性碰撞以及驳船与导管架之间的距离的研究；Emery^[6]介绍了对半潜式平台应用浮托安装将上部组块安装的整个操作过程，同时也介绍了系泊系统中锚链的选用和布置和压载系统的调载方案选用，对实际工程安装具有一定的指导意义。

随着越来越多的海洋平台应用浮托安装技术成功地完成了海上安装，国内的许多学者也对浮托安装技术进行了深入的探索和研究。王树青^[7]等人介绍了浮托安装的过程和主要的浮托安装所需的设备，并应用DNV的水动力分析软件SESAM对某一海洋平台的浮托安装实例进行了数值模拟分析。同时，白雪平^[8]等人动力定位船在浮托安装工程中的应用角度出发，并结合浮托安装的工程实例，讨论了动力定位船舶在浮托安装技术中的应用前景；梁学先^[9]等人利用数值分析软件Moses，对浮托安装过程中驳船护舷系统和导管架之间的碰撞力进行了研究；廖红琴^[10]等人研究了在冬季的特殊安装环境下，驳船在渤海湾进行浮托安装时的运动性能以及护舷装置和缓冲装置的应力应变情况；赵阔^[11]等人应用ANSYS软件对浮托组块平台的对接耦合装置进行了有限元强度分析；代福强^[12]等人基于MOSES软件解决了浮托安装中关键装置的建模问题，同时建立了浮托安装的计算机仿真环境，为浮托安装中的受力分析打下了良好的基础。许鑫^[13]等人应用SESAM软件中的Hydro D与SIMO模块数值模拟了导管架平台浮托法安装，主要使用弹簧对桩腿耦合装置LMU进行模拟，并计算了安装过程中的撞击力，同时也得到了系泊系统的受力情况。{title}

2. 研究的基本内容与方案

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海洋平台上部组块浮托安装方法是通过驳船将在船厂装配完成的上部组块运送到海上安装地点，待海况条件允许，驳船驶入海洋平台下部结构的上部开槽中，通过增加驳船压载水或机械调整的方式将上部组块的重量转移到下部结构上，实现海洋平台上部组块的海上安装。在组块浮托安装过程中，驳船在风、浪、流等环境载荷的作用下会发生运动，当驳船运动过大时，上部组块插尖与导管架桩腿套筒间产生的碰撞力可能会造成海洋平台结构损伤，从而导致组块安装失败，带来巨大的经济损失。在搜集阅读相关文献时发现，大部分文献都是应用弹簧模拟海洋平台浮托安装过程中的撞击力，而采用的软件大多是ABAQUS, MOSES和SESAM。利用ANSYS-AQWA软件计算撞击力的文献较少。

海洋平台组块浮托安装数值分析主要包括安装驳船频域水动力分析及时域中的非线性动力响应分析。本毕业论文通过基于三维势流理论的边界元专业软件ANSYS-AQWA对浮托安装过程中上部组块插尖与导管架桩腿间的碰撞力进行分析。通过SolidWorks对浮托安装系统进行建模，然后通过AQWA建立数值浮托模型。基于三维势流理论，对拉普拉斯方程进行求解得到速度势，再进行一阶、二阶波浪力的计算，在时域中建立耦合水动力模型，水动力模型主要包括平台上部组块和驳船等。在浮托安装以及数值模拟分析的过程中，驳船和平台上部组块作为整体进行分析，而导管架则作为独立的部分。在频域中分析驳船在不同安装阶段的水动力系数、浮体结构的附加质量与阻尼系数和驳船所受的波浪载荷如一阶波浪力与二阶平均漂移力等。建立导管架和锚泊系统以及护舷系统模型，在浮托驳船和系泊系统在时域模拟计算中分析不同安装阶段船舷与导管架的垂向碰撞力，并考虑不同波浪入射角和不同波高对垂向碰撞力的影响。3. 参考文献

[1]Xia J, Hayne S, Macfarlane G, et al.Investigation Into Float-Over Installations of Minimal Platforms byHydrodynamic Model Testing[C]// ASME 2005 24th International Conference onOffshore Mechanics and Arctic Engineering. American Society of MechanicalEngineers, 2005:185-192.

[2]Tan B, Hanery J A, Leow B, et al. Arthitfield development: float-over hardware design and issue [C] Offshore TechnologyConference, Paper 19300. Houston, 2008:5-7

[3]Steven B. Potential failure mechanism infloat-over deck mating system[C] Offshore Technology Conference, Paper 19047.Houston，2007: 23-25

[4]Kocaman, A, Kim D J., and Seto Jian,Float-Over of Arthit PP Deck[J].Offshore

Technology Conference, 2008: 87-93

[5]Hamilton, J., French, R. and Rawstron P.Topsides and jacket modeling for float-over installation design[J].OffshoreTechnology Conference Paper, 2008: 37-43