徐 旭，丁 剛，姚文娟

(上海大學(xué) 力學(xué)與工程科學(xué)學(xué)院，上海 200444)

1 研究背景

能源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)及社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，然而世界各國(guó)對(duì)于不可再生的化石能源的利用存在著諸多環(huán)境問(wèn)題，提高對(duì)清潔、豐富而又可再生的風(fēng)能資源利用受到世界各國(guó)的廣泛關(guān)注。相比于近海風(fēng)電場(chǎng)，深海區(qū)域的風(fēng)能資源更為豐富，裝機(jī)容量大且對(duì)沿海居民生活及工作影響小[1]。因此，對(duì)深海漂浮式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的研究已經(jīng)成為未來(lái)風(fēng)能利用的必然趨勢(shì)[2]。其中Spar型浮式平臺(tái)擁有著水線面積較小、吃水深、穩(wěn)性好且便于安裝和拖曳等眾多特點(diǎn)，被世界各國(guó)應(yīng)用于深海風(fēng)力資源的利用[3-5]。

海上漂浮式風(fēng)機(jī)的概念最早由麻省理工大學(xué)的Heronemus教授于1972年率先提出，但直到20世紀(jì)90年代，對(duì)海上風(fēng)能的利用才相對(duì)成熟，逐漸開(kāi)始了對(duì)海上浮式風(fēng)機(jī)的相關(guān)研究。挪威國(guó)家石油公司與該國(guó)能源公司[6]共同合作于2009年在距離海岸線10 km并有著極端海況條件的挪威西海岸安裝了世界上第一臺(tái)支撐Siemens-2.3 MW風(fēng)力機(jī)的Spar型浮式風(fēng)機(jī)樣機(jī)。Karimirad等[7-9]對(duì)NREL 5 MW Spar型風(fēng)力發(fā)電機(jī)在極端海況環(huán)境下進(jìn)行了氣動(dòng)-水-伺服彈性時(shí)域模擬，發(fā)現(xiàn)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的平均值主要由風(fēng)荷載誘導(dǎo)，響應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)差主要由波浪荷載誘導(dǎo)。Roberston等[10]對(duì)駁船式、張力腿式以及Spar型3種海上浮式風(fēng)機(jī)概念進(jìn)行了綜合動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析，得出浮式系統(tǒng)可承受的極限載以及疲勞載，解決了浮式系統(tǒng)概念之間基本設(shè)計(jì)權(quán)衡。Meysam等[11-12]通過(guò)使用FAST及WAMIT軟件獲得頻域下的氣動(dòng)及水動(dòng)力特性，并提出了一種將風(fēng)機(jī)、浮式平臺(tái)和系泊系統(tǒng)模型耦合的頻域建模新方法。Kopperstad等[13]對(duì)由駁船式平臺(tái)以及Spar型平臺(tái)支撐的柔性浮式海上風(fēng)機(jī)尾流動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了數(shù)值研究，并論證了在波浪誘導(dǎo)運(yùn)動(dòng)下，利用Spar概念的單個(gè)渦輪如何能夠更節(jié)能。Ma等[14]針對(duì)OC3 Hywind Spar型浮式風(fēng)機(jī)，評(píng)估了系統(tǒng)在不同海況下的運(yùn)動(dòng)和系泊力的響應(yīng)特性,并討論了風(fēng)和波引起的荷載對(duì)系統(tǒng)的影響。葉舟等[15]通過(guò)改變OC3 Hywind Spar 型浮式平臺(tái)模型在壓艙部分壓載物的類型，研究了壓載物分別為混凝土和水時(shí)結(jié)構(gòu)在縱蕩和垂蕩兩個(gè)自由度上的動(dòng)態(tài)響應(yīng)情況。張大明等[16]利用OrcaFlex建立了一種 Spar 型海上風(fēng)機(jī)簡(jiǎn)化模型，通過(guò)改變錨鏈上不同導(dǎo)纜孔的位置和布置形式，研究了在不同工況下系泊纜張力變化情況，為海上風(fēng)機(jī)浮式基礎(chǔ)系泊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及優(yōu)化提供了依據(jù)。Yue等[17]基于OC3 Hywind Spar浮式平臺(tái)和NREL5MW風(fēng)機(jī)，采用水動(dòng)力模塊(AQWA)軟件建立了耦合氣動(dòng)-水動(dòng)力-系泊線系統(tǒng)模型，比較分析了Spar平臺(tái)安裝升沉板后與原始Spar平臺(tái)在頻域及時(shí)域下的動(dòng)力響應(yīng)。董璐等[18]基于非線性空氣動(dòng)力-水動(dòng)力耦合時(shí)域算法對(duì)OC3 Hywind Spar型浮式風(fēng)機(jī)在風(fēng)浪流共同作用下的系泊系統(tǒng)疲勞響應(yīng)特性展開(kāi)研究，對(duì)系泊纜材質(zhì)選擇以及系泊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了合理化建議。黃小華等[19]針對(duì)一種半潛式桁架結(jié)構(gòu)漁場(chǎng)平臺(tái)開(kāi)展了模型比尺為1∶30的波浪水池試驗(yàn)，研究了單點(diǎn)系泊系統(tǒng)改變系泊纜長(zhǎng)度以及在距錨固點(diǎn)1/4處懸掛配重塊對(duì)系泊纜張力的影響，為半潛式漁場(chǎng)平臺(tái)的發(fā)展提供一定的理論參考。

目前對(duì)Spar型浮式平臺(tái)以上的研究較多，但對(duì)其在不同工況下的穩(wěn)定性情況以及在基礎(chǔ)平臺(tái)以下系泊系統(tǒng)對(duì)結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的研究較少。本文針對(duì)設(shè)計(jì)出的OC3 Hywind Spar型浮式風(fēng)機(jī)，利用AQWA軟件建模，研究其在不同工況下各自由度的響應(yīng)情況，比較分析了配重塊在系泊纜上不同位置處對(duì)浮式結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響以及系泊力變化情況。

2 模型建立與計(jì)算

Spar型浮式基礎(chǔ)是通過(guò)在平臺(tái)壓艙部分添加壓載物使得平臺(tái)的重心遠(yuǎn)低于浮心，為平臺(tái)在縱搖、橫搖自由度上提供回復(fù)力以及慣性力，使結(jié)構(gòu)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡的一種壓載穩(wěn)定式平臺(tái)。本文中的模型結(jié)構(gòu)是針對(duì)400 m水深條件下的OC3 Hywind Spar型浮式基礎(chǔ)，研究其在惡劣環(huán)境下的穩(wěn)定性，Spar型浮式基礎(chǔ)模型示意圖如圖1所示。

圖1 Spar型浮式基礎(chǔ)模型示意圖Fig.1 Diagram of Spar floating foundation platform model

2.1 基礎(chǔ)參數(shù)

海上浮式風(fēng)機(jī)主要由風(fēng)機(jī)、塔架、浮式平臺(tái)、系泊系統(tǒng)4個(gè)部分組成，本文研究的主要對(duì)象為浮式平臺(tái)部分，因此主要是針對(duì)浮式平臺(tái)以及系泊系統(tǒng)2個(gè)部分的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)問(wèn)題進(jìn)行研究。Spar型平臺(tái)擁有較小的水線面和較大的排水量等特點(diǎn)，能夠提供結(jié)構(gòu)所需的慣性力及回復(fù)力。本文設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)平臺(tái)由3部分組成，分別為直徑6.5 m、長(zhǎng)度14 m的上端圓柱，連接上端圓柱和下端圓柱的線性過(guò)渡段，直徑9.4 m、高度108 m的下端圓柱。平臺(tái)的詳細(xì)參數(shù)如表1所示，Spar型浮式基礎(chǔ)平面示意圖如圖2所示。

表1 浮式基礎(chǔ)幾何參數(shù)Table 1 Geometry parameters of the floatingfoundation platform

圖2 Spar型浮式基礎(chǔ)平面示意圖Fig.2 Plane diagram of Spar floating foundation platform

2.2 系泊系統(tǒng)參數(shù)

系泊系統(tǒng)是連接浮式基礎(chǔ)與海床的重要結(jié)構(gòu)，通過(guò)錨鏈提供的回復(fù)力以及回復(fù)力矩對(duì)浮式結(jié)構(gòu)物進(jìn)行定位。本文采用Koo等[20]提出的delta connection的錨鏈連接方式，該種系泊方式能夠有效限制浮式基礎(chǔ)在首搖自由度方向的位移，包含了3根相互成120°的長(zhǎng)錨鏈以及6根短錨鏈。首先通過(guò)計(jì)算確定平臺(tái)3個(gè)導(dǎo)纜孔位置(connection point)、3個(gè)錨固點(diǎn)(Fixed point)以及3個(gè)鉸接點(diǎn)(connection point)位置坐標(biāo)；其次在AQWA Workbench界面里的Hydrodynamic Response模塊中的catenary屬性中選擇纜繩連結(jié)方式為connection point-connection point，將導(dǎo)纜孔與鉸接點(diǎn)連接完成6根短錨鏈的布置；最后選擇纜繩連結(jié)方式為Fixed point-connection point, 將鉸接點(diǎn)與錨固點(diǎn)連接完成3根長(zhǎng)錨鏈的布置如圖3所示,詳細(xì)參數(shù)見(jiàn)表2。

圖3 系泊系統(tǒng)連接方式Fig.3 Connection of mooring system

表2 系泊系統(tǒng)參數(shù)Table 2 Parameters of mooring system

由于懸鏈線錨入海床的方式對(duì)系泊系統(tǒng)的穩(wěn)定性有著一定影響，故采用李英等[21]針對(duì)海底管道運(yùn)輸時(shí)所采用的懸鏈線中間段安裝單向錨的方式對(duì)系泊系統(tǒng)進(jìn)行錨固，如圖4所示。

圖4 系泊系統(tǒng)錨固方式Fig.4 Anchorage pattern of mooring system

2.3 海上浮式基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)控制方程

使用ANSYS中的AQWA對(duì)浮式基礎(chǔ)所受荷載參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，包含風(fēng)荷載、波浪荷載、海流荷載以及系泊荷載等。在海洋環(huán)境中風(fēng)對(duì)浮式風(fēng)機(jī)的主要作用形式為氣動(dòng)彈性荷載和風(fēng)壓荷載，他們分別作用在風(fēng)機(jī)葉片及水面以上的風(fēng)機(jī)塔架和平臺(tái)基礎(chǔ)上。鑒于本文研究的是浮式基礎(chǔ)，故只考慮水面以上10 m處風(fēng)壓荷載對(duì)塔及基礎(chǔ)平臺(tái)的影響。通過(guò)AQWA Workbench界面中的Hydrodynamic Response模塊對(duì)各個(gè)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行定義，其中風(fēng)荷載參數(shù)采用API風(fēng)譜定義，波浪荷載參數(shù)采用JONSWAP(Hs)波浪譜定義，海流荷載則根據(jù)水深的不同來(lái)設(shè)置水流流速以得到流場(chǎng)環(huán)境來(lái)進(jìn)行定義，系泊荷載的計(jì)算采用考慮慣性力和阻力的有限元模型，將系泊纜視為彈性桿模型，建立浮式基礎(chǔ)與系泊纜耦合的非線性時(shí)域運(yùn)動(dòng)控制方程,即

Faero+Fhyd+Fcurr+Fmoor。

(1)

2.4 系泊荷載計(jì)算

在實(shí)際情況中，系泊纜的彈性影響是不可忽略的，本文將系泊纜假設(shè)成連續(xù)性的彈性介質(zhì)，通過(guò)有限元的方法將系泊纜分成n段，每段系泊纜可近似表示為直線，n越大，計(jì)算精確度也更高，離散化的有限元方程為

(2)

慣性力矢量為

(3)

式中:M(x)為系統(tǒng)質(zhì)量矩陣;MS(x)表示結(jié)構(gòu)質(zhì)量矩陣;MF(x)表示結(jié)構(gòu)內(nèi)部流體質(zhì)量矩陣;MH表示結(jié)構(gòu)加速度水動(dòng)力質(zhì)量矩陣，也作為局部坐標(biāo)系中附加質(zhì)量的一部分。

阻尼力矢量為

(4)

式中:C(x)為系統(tǒng)的阻尼矩陣;CS(x)為結(jié)構(gòu)阻尼矩陣；CH(x)為考慮了繞射效應(yīng)的水動(dòng)力阻尼矩陣；CD為與位移相關(guān)的特定離散阻尼矩陣。

3 不同工況下平臺(tái)的浮式基礎(chǔ)動(dòng)力響應(yīng)分析

3.1 靜水自由衰減

本文著重研究浮式基礎(chǔ)平臺(tái)的響應(yīng)分析，因此將坐標(biāo)系定義在平臺(tái)導(dǎo)纜孔處，如圖5所示，包含6個(gè)方向的自由度。由于風(fēng)浪荷載主要作用于y方向，故x方向所受荷載較小，基礎(chǔ)平臺(tái)橫蕩及橫搖方向的響應(yīng)值較其他自由度方向較低，所以本文主要研究基礎(chǔ)平臺(tái)在垂蕩、縱蕩、首搖和縱搖4個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)情況。通過(guò)自由衰減試驗(yàn)確定浮式平臺(tái)基礎(chǔ)的固有周期，縱蕩、縱搖、垂蕩和首搖自由度方向的自由衰減結(jié)果如表3所示。

圖5 坐標(biāo)系定義Fig.5 Definition of coordinate system

表3 浮式基礎(chǔ)平臺(tái)各自由度處的固有周期Table 3 Natural period at each degree of freedom of floating foundation platform

3.2 環(huán)境工況

為了研究在不同工況下浮式基礎(chǔ)各個(gè)自由度下的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)值，定義了7種類型的工況，包含3種荷載作用類型,即單獨(dú)風(fēng)荷載作用、單獨(dú)波浪荷載作用(不規(guī)則波)和風(fēng)荷載+波浪荷載(不規(guī)則波)聯(lián)合作用。具體參數(shù)如表4所示。

表4 不同工況下的參數(shù)定義Table 4 Parameter definitions in different cases

3.3 浮式基礎(chǔ)平臺(tái)的動(dòng)力響應(yīng)

使用ANSYS軟件中的AQWA進(jìn)行非線性時(shí)域模擬。在軟件中定義環(huán)境參數(shù)，其中風(fēng)譜采用API風(fēng)譜，波浪譜采用JONSWAP譜，浪向角為30°，并根據(jù)水深的不同來(lái)設(shè)置水流流速得到流場(chǎng)環(huán)境，最終得出平臺(tái)在不同工況下的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)值。表5給出浮式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在垂蕩、縱蕩、首搖及縱搖自由度方向上的響應(yīng)極值。圖6給出平臺(tái)在受單獨(dú)風(fēng)荷載作用下以及受風(fēng)浪荷載共同作用下各自由度方向上響應(yīng)極值的變化情況。對(duì)比圖6(a)、圖6(b)可知浮式基礎(chǔ)平臺(tái)在縱搖自由度方向上的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)極值主要由風(fēng)荷載控制，隨風(fēng)速增大，響應(yīng)幅值也隨之增大，而風(fēng)速的改變對(duì)平臺(tái)垂蕩方向上的位移影響較小。

表5 不同工況下浮式基礎(chǔ)各自由度的響應(yīng)極值Table 5 Extreme motion response values of each degree of freedom in different cases

圖6 平臺(tái)受單獨(dú)風(fēng)荷載和風(fēng)荷載+波浪荷載作用下各自由度的響應(yīng)極值Fig.6 Extreme response values of each degree of freedom of the platform under single wind load and both wind and wave loads

4 配重塊在系泊不同位置處對(duì)浮式基礎(chǔ)平臺(tái)穩(wěn)定性的影響研究

系泊纜在實(shí)際情況下是具有彈性的，通過(guò)在錨鏈上懸掛重物可以有效增加系泊系統(tǒng)的彈性，使結(jié)構(gòu)在受到波浪荷載作用下能起到一定的緩沖作用。本文通過(guò)將配重塊懸掛在系泊纜不同位置研究其對(duì)浮式基礎(chǔ)平臺(tái)穩(wěn)定性的影響，如圖7所示。在delta-connection 的系泊聯(lián)結(jié)基礎(chǔ)上，將Catenary joint屬性設(shè)置為Catenary clump weight，并定義clump weigh的質(zhì)量及力學(xué)特性即可模擬配重塊;最后通過(guò)在系泊纜上懸掛配重塊可將其分為3段形成折線型系泊系統(tǒng)[22]，模型如圖8所示。其中配重塊質(zhì)量為3 405.6 kg，為直徑1.67 m的球形實(shí)體，由于配重塊主要懸掛于深海，海水流速較小，對(duì)于配重塊的作用可忽略不計(jì)，因此本文配重塊的體積變化對(duì)Spar型浮式基礎(chǔ)平臺(tái)的水平動(dòng)力特性影響較小。由于是在系泊纜上通過(guò)吊環(huán)懸掛配重塊并且為長(zhǎng)期作用，對(duì)吊環(huán)的疲勞承載可通過(guò)對(duì)吊環(huán)小環(huán)水平部位內(nèi)側(cè)進(jìn)行加寬，使其截面成為橢圓，以改善應(yīng)力集中的情況，從而延長(zhǎng)使用壽命[23]。

圖7 三折線系泊系統(tǒng)示意圖Fig.7 Schematic diagram of tri-fold line mooring system

圖8 三折線系泊系統(tǒng)模型Fig.8 Model diagram of tri-fold line mooring system

4.1 頻域動(dòng)態(tài)響應(yīng)

RAOs又叫幅值響應(yīng)算子，是表征浮式結(jié)構(gòu)在受到外界荷載作用后各自由度方向上位移的衡量單位，表征浮式基礎(chǔ)平臺(tái)穩(wěn)定性的一個(gè)重要參數(shù)。圖9為將配重塊懸掛在距錨固點(diǎn)500、400、300、200、100 m處基礎(chǔ)平臺(tái)不同自由度下的隨頻率變化的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)RAOs。

圖9 頻域下各自由度的響應(yīng)極值Fig.9 RAOs of each degree of freedom in the frequency domain

根據(jù)圖9中的(a)、(b)可以發(fā)現(xiàn)，垂蕩和縱蕩2個(gè)自由度方向上的 RAOs 最大值出現(xiàn)的頻率分別對(duì)應(yīng)著各自自由度的固有周期，并且響應(yīng)值不隨配重塊的位置改變而改變，由此表明配重塊在不同位置處對(duì)結(jié)構(gòu)縱蕩和垂蕩運(yùn)動(dòng)的影響較小，并且均在固有頻率處產(chǎn)生了共振，具有較為明顯的耦合作用。

由圖9中的(c)、(d)可以看出，浮式基礎(chǔ)平臺(tái)在首搖和縱搖2個(gè)自由度方向的 RAOs 最大值所出現(xiàn)的頻率分別對(duì)應(yīng)于垂蕩、縱搖和首搖自由度固有周期，并且隨著配重塊距離錨固點(diǎn)越近，結(jié)構(gòu)首搖和縱搖運(yùn)動(dòng)響應(yīng)值越大，而在對(duì)應(yīng)首搖自由度固有周期處，隨著配重塊距離錨固點(diǎn)越近，首搖運(yùn)動(dòng)的響應(yīng)值越小，縱搖運(yùn)動(dòng)的響應(yīng)值越大，說(shuō)明通過(guò)改變配重塊懸掛位置，會(huì)使結(jié)構(gòu)在垂蕩、縱搖和首搖運(yùn)動(dòng)之間的耦合作用較為明顯，尤其對(duì)結(jié)構(gòu)的偏轉(zhuǎn)有著顯著影響，并且影響浮式平臺(tái)的響應(yīng)極值大小，懸掛點(diǎn)距離錨固點(diǎn)越近，越不利于平臺(tái)的穩(wěn)定。

4.2 時(shí)域動(dòng)態(tài)響應(yīng)

頻域分析主要是為了研究基礎(chǔ)平臺(tái)在不同波頻荷載作用下的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的變化情況，一般是針對(duì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)態(tài)問(wèn)題，對(duì)于瞬態(tài)問(wèn)題以及強(qiáng)非線性問(wèn)題需采取時(shí)域分析。本文在考慮基礎(chǔ)平臺(tái)所受的風(fēng)、浪、流等環(huán)境荷載共同作用以及各自由度相互耦合時(shí)，需要采用非線性時(shí)域模擬進(jìn)行分析。

圖10為基礎(chǔ)平臺(tái)在配重塊懸掛在系泊纜不同位置處各自由度的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)值隨時(shí)間的變化情況。從圖10可以看出，基礎(chǔ)平臺(tái)在垂蕩、縱蕩、首搖和縱搖方向上均作非周期往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在縱蕩方向上，改變配重塊懸掛位置，運(yùn)動(dòng)響應(yīng)值的變化情況相比于垂蕩運(yùn)動(dòng)波動(dòng)較小，峰值隨配重塊距離錨固點(diǎn)距離縮減而逐漸增大，并隨時(shí)間推移最終趨向于一個(gè)定值。對(duì)于首搖運(yùn)動(dòng)，響應(yīng)幅值的變化整體趨勢(shì)與縱蕩自由度方向類似，均為達(dá)到峰值后在一個(gè)區(qū)間內(nèi)波動(dòng)，并且來(lái)回往復(fù)波動(dòng)的頻率較快，說(shuō)明結(jié)構(gòu)在首搖及縱蕩運(yùn)動(dòng)之間的耦合作用較為明顯。在垂蕩方向上，隨著配重塊距離錨固點(diǎn)越來(lái)越近，運(yùn)動(dòng)響應(yīng)值逐漸減小，峰值隨時(shí)間推移呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)，且收斂速度小于首搖及縱蕩運(yùn)動(dòng)。在縱搖方向上，改變配重塊的位置，對(duì)基礎(chǔ)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)幅值影響較小。由此可知在不達(dá)到平臺(tái)首搖和縱蕩臨界響應(yīng)值的前提下，將配重塊懸掛在越靠近錨固點(diǎn)的位置，越有利于浮式基礎(chǔ)平臺(tái)應(yīng)對(duì)外來(lái)環(huán)境荷載。

圖10 時(shí)域下各自由度的響應(yīng)極值Fig.10 RAOs of each degree of freedom in the time domain

4.3 系泊力

改變配重塊的位置得出系泊力隨時(shí)間的變化情況，如圖11所示。由圖11可見(jiàn)，系泊力在初始位置達(dá)到最大值，隨后逐漸衰減，呈周期性變化。受外部荷載作用時(shí)，未懸掛配重塊的系泊系統(tǒng)張力要高于懸掛了配重塊的系泊系統(tǒng)張力，說(shuō)明在系泊纜上懸掛配重塊分成3段形成的折線型系泊系統(tǒng)能有效增加系泊纜的彈性，起到一定的緩沖作用，從而降低系泊纜受力，且加了配重塊的系泊系統(tǒng)隨著配重塊懸掛位置離錨固點(diǎn)越遠(yuǎn)，系泊力峰值越小。

圖11 配重塊距錨固點(diǎn)不同位置處的系泊力歷時(shí)曲線Fig.11 Time histories of mooring force when counterweight was suspended at different distances to anchor point

5 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)Spar型浮式基礎(chǔ)平臺(tái)結(jié)構(gòu)在不同工況下各個(gè)自由度下的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)特性進(jìn)行研究，比較分析了配重塊懸掛在系泊纜不同位置處對(duì)浮式基礎(chǔ)平臺(tái)穩(wěn)定性以及系泊纜張力的影響情況，得出如下幾點(diǎn)結(jié)論。

(1)浮式基礎(chǔ)平臺(tái)在7種不同工況荷載作用下的響應(yīng)極值均未達(dá)到臨界值，其中在縱搖自由度方向上的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)極值主要受風(fēng)荷載影響，隨著風(fēng)速增大，響應(yīng)幅值也隨之增大，而風(fēng)速的改變對(duì)平臺(tái)垂蕩方向上的位移影響較小。波浪荷載對(duì)結(jié)構(gòu)4個(gè)自由度方向上的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)極值有一定影響，但不如風(fēng)荷載明顯。說(shuō)明風(fēng)荷載是影響浮式基礎(chǔ)平臺(tái)穩(wěn)定性的主要因素之一。

(2)在同樣的外部荷載作用下，浮式基礎(chǔ)平臺(tái)在垂蕩和縱蕩運(yùn)動(dòng)的RAOs不隨配重塊懸掛位置的改變而變化，在首搖和縱搖自由度方向上，隨著配重塊距離錨固點(diǎn)越來(lái)越近，對(duì)應(yīng)于垂蕩及縱搖的固有周期處的響應(yīng)值呈現(xiàn)明顯的上升趨勢(shì)?？梢?jiàn)改變配重塊在系泊纜上的懸掛位置對(duì)結(jié)構(gòu)的偏轉(zhuǎn)有著顯著影響，并且隨著配重塊距離錨固點(diǎn)越近，響應(yīng)值越大，越不利于基礎(chǔ)平臺(tái)的穩(wěn)定。

(3)在同樣的外部荷載作用下，配重塊懸掛在不同位置處的浮式基礎(chǔ)平臺(tái)在4個(gè)自由度處的RAOs隨時(shí)間變化的趨勢(shì)基本近似，其中首搖及縱蕩運(yùn)動(dòng)之間出現(xiàn)較為明顯的耦合作用，響應(yīng)峰值均為隨配重塊距離錨固點(diǎn)距離縮減而逐漸增大，并隨時(shí)間推移最終在一個(gè)區(qū)間內(nèi)波動(dòng)。對(duì)于垂蕩運(yùn)動(dòng)，隨著配重塊離錨固點(diǎn)越來(lái)越近，運(yùn)動(dòng)響應(yīng)峰值逐漸減小，且隨時(shí)間推移呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)。由此可知在不達(dá)到平臺(tái)首搖和縱蕩臨界響應(yīng)值的前提下，將配重塊懸掛在越靠近錨固點(diǎn)的位置，越有利于浮式基礎(chǔ)平臺(tái)應(yīng)對(duì)外來(lái)環(huán)境荷載。

(4)在相同海況條件下，系泊力在初始位置達(dá)到最大值，隨后逐漸衰減，呈周期性變化，受外部荷載作用時(shí)，未懸掛配重塊的系泊系統(tǒng)張力要高于懸掛了配重塊的系泊系統(tǒng)，說(shuō)明在系泊纜上懸掛配重塊分成3段形成的折線型系泊系統(tǒng)能有效增加系泊纜的彈性，起到一定的緩沖作用，從而降低系泊纜受力，并且加了配重塊的系泊系統(tǒng)隨著配重塊懸掛位置離錨固點(diǎn)越遠(yuǎn)，系泊力峰值越小，越能保證浮式基礎(chǔ)平臺(tái)在惡劣海況條件下的生存能力。