1．目的及意义

1.1目的

浮式生产储油装卸系统（FPSO）以其投产快、投资低、适应水深范围广、储油能力大以及应用灵活等优势被世界各国广泛用作浅海、深海以及边际油田的生产平台。FPSO需要通过系泊系统固定在海上，其常用的系泊系统包括软刚臂单点系泊系统、扩展式系泊系统以及转塔式单点系泊系统。软刚臂单点系泊系统具有结构简单、便于制造和安装等优点，可供大型或超大型油轮系泊及装卸原油，在中国越来越受到重视，更是近海浅水FPSO的主要定位方式。因此，软刚臂结构的安全与可靠性对于浅水FPSO的系泊有着重要的作用，研究软刚臂单点系泊系统与FPSO在复杂海洋环境下的耦合动力效应具有重要的工程意义，研究软刚臂结构在系泊力作用下的结构安全性对于FPSO作业安全性评估是很有必要的。

1.2意义

开展浅水FPSO软刚臂单点系泊系统结构分析研究，本人将充分运用大学四年所学知识，在老师指导下，利用相关数值仿真软件，模拟风、浪、流等极端工况条件对FPSO运动的影响及其与软刚臂系统的相互作用；确定软刚臂系泊腿长度、软刚臂结构形式和压载舱重量等输入参数；利用有限元分析软件校核软刚臂系统的结构受力情况。本毕业设计涉及港口航道与海岸工程、船舶与海洋工程、力学、材料科学与工程、结构工程等多个学科。

由于在实验水池中进行软刚臂、系泊塔、吊杆及支撑构架等的模型试验成本较高、难度较大，所以运用数值模拟仿真方法对软刚臂系泊系统进行研究显得尤为重要。本人将在多体水动力软件ANSYS-AQWA中建立FPSO平台和软刚臂系统仿真模型，分析浅水 FPSO受到的极端环境载荷及软刚臂系统受到的外部载荷，提供软刚臂结构设计的输入尺寸参数，开展软刚臂系泊系统的结构优化设计；运用三维建模软件绘制软刚臂的三维立体模型YOKE；将建好的YOKE结构模型导入到有限元结构分析软件中进行网格划分，完成软刚臂系统在系泊力作用下的强度校核。该研究结果有助于了解软刚臂式系泊系统的结构特性，并为今后国内软刚臂系泊系统设计提供参考，具有一定的工程应用价值。

1.3国内外研究现状

到目前为止，对于近海浅水FPSO的软刚臂系泊系统，国内外学者已经进行了许多研究：Wu等人^[1]考虑到海洋环境载荷和FPSO运动的复杂性，设计了一套完整的监测系统，从而评估FPSO和软刚臂单点系泊系统的可靠性；Tian等人^[2]建立了完整的FPSO系泊数值模型，数值模拟百年一遇的环境条件，分析了软刚臂系泊系统在百年一遇的环境条件下载荷；Liu C等人^[3]基于多体动力学方法，建立 FPSO—系泊腿—软刚臂的耦合模型，研究软刚臂系泊点高度、系泊刚架高度、软刚臂长度、系泊腿长度、压载舱重量等设计参数的变化对系统动力响应性能的影响；Lyu等人^[4]基于渤海湾某FPSO的监测数据，设计出TLD减振系统并得出结论该系统可以有效降低软刚臂系泊系统的横向振动；此外，Phadke等人^[5]采用耦合动力学方法，分析得出“蓬勃”号FPSO在软刚臂系泊系统安装过程中所允许的海况条件。