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随着工业的发展,国民对油气资源的需求日益增加,由于陆地资源的消耗殆尽,油气资源开发逐渐向深海大洋发展。目前我国原油进口的依存度较高,但是我国海域的油气储藏量也较大,因此我国必须加强海上装备的自主研发能力。近20年来,FPSO已经逐渐成为深海油田开发的主流方式,由于FPSO不同于普通航行船舶,在遇到恶劣海况时,无法及时避航,因此,研究FPSO在服役周期内的波浪诱导载荷、船体与系泊立管的耦合动力响应及其随机性是一项十分有意义的课题。本文以一艘工作于中国南海海域30万吨的FPSO为研究对象,首先研究了月池开孔对FPSO水动力性能的影响,同时研究了含月池开孔的FPSO船体横截面的波浪诱导载荷沿船长的分布规律;其次研究了FPSO船体、系泊和立管在百年一遇极限海况的动力响应;最后研究了波浪谱型对FPSO波浪诱导载荷随机性的影响,以及不同环境参数对FPSO动力响应随机性的影响。具体研究内容如下:(1)为了研究月池对FPSO水动力性能的影响,分析了不同的月池尺寸、不同的月池纵向位置以及不同的船体吃水时附加质量和附加阻尼的变化趋势。表明含有月池的FPSO船体的垂向附加质量和附加阻尼会出现一个峰值。并进行了含月池开孔的FPSO波浪诱导载荷的长期预报,得到了截面垂向剪力和弯矩沿船长方向的分布规律,同时研究了月池尺寸对波浪诱导载荷的影响,月池处垂向剪力和垂向弯矩随月池尺寸增大有小幅度减小。(2)为研究深水FPSO船体与系泊的耦合动力响应,从FPSO船体的运动响应和系缆张力两个角度,分别研究了张紧式系泊、悬链式系泊、单点系泊、多点系泊、单点系泊组式和分式布置等不同系泊方式对FPSO动力响应的影响,表明对工作于恶劣海况的FPSO采用单点张紧式系泊的组式布置更为合理。其次研究了张紧角、风浪流夹角对单点张紧式系泊性能的影响,表明张紧角在30°~45°之间时,FPSO运动位移和系缆张力均在安全范围内,且FPSO水平运动对风载荷较为敏感,系缆张力值对流的入射方向较为敏感。(3)目前关于FPSO船体及系泊系统的动力响应研究,基本上都忽略了立管系统的影响,为研究立管系统对FPSO系统的影响,本文将FPSO船体、系泊和立管看成一个整体进行时域耦合分析。分别研究了立管的单位长度质量和轴向刚度对FPSO动力响应的影响。针对立管顶端张力过大的问题,在立管上安装浮力块以减小立管顶端张力,分别研究了浮力块的安装位置、质量和体积对FPSO动力响应的影响。同时研究了不同形式立管对FPSO动力响应的影响,表明立管形式对运动响应和系缆张力影响很小,主要对立管张力有较大影响。(4)由于海洋环境条件,即风、浪、流等均具有随机性,因此作为输出的波浪载荷、船体运动和系缆张力也具有随机性。研究了波浪谱对垂向弯矩随机性的影响,得到垂向弯矩的Rayleigh分布,同时研究了有义波高、谱峰周期、风速、流速对FPSO动力响应随机性的影响,分别得到运动和系缆张力的Weibull分布。