劉樹(shù)曉唐友剛李 焱1天津大學(xué)建筑工程學(xué)院，天津3000722水利工程仿真與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300072

內(nèi)轉(zhuǎn)塔單點(diǎn)系泊剛度對(duì)不同參數(shù)的敏感性分析

劉樹(shù)曉1，2，唐友剛1，2，李 焱1，2，劉成義1，2
1天津大學(xué)建筑工程學(xué)院，天津300072
2水利工程仿真與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300072

內(nèi)轉(zhuǎn)塔式單點(diǎn)系泊系統(tǒng)在海洋石油裝備中得到廣泛應(yīng)用。為研究該類型單點(diǎn)系泊系統(tǒng)的剛度特性，以我國(guó)南海一艘內(nèi)轉(zhuǎn)塔式單點(diǎn)系泊浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油設(shè)備（FPSO）的系泊系統(tǒng)為研究對(duì)象，采用浮體系泊分析軟件A riane分別建立單根系纜和系泊系統(tǒng)的靜力分析模型，基于線彈性懸鏈線理論計(jì)算單根系纜和系泊系統(tǒng)的剛度，并重點(diǎn)針對(duì)吃水、系纜軸向拉伸剛度、系纜配重、系纜長(zhǎng)度等參數(shù)進(jìn)行系泊剛度敏感性分析，研究不同參數(shù)變化對(duì)系泊剛度的影響。結(jié)果表明：系泊剛度對(duì)系纜長(zhǎng)度變化十分敏感；吃水和系纜長(zhǎng)度主要通過(guò)影響系纜預(yù)張力來(lái)影響系泊剛度；系纜軸向拉伸剛度主要影響大位移條件下的系泊剛度；配重只影響一定位移范圍內(nèi)的系泊剛度。最后，給出了單點(diǎn)系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)的建議。

內(nèi)轉(zhuǎn)塔；單點(diǎn)系泊；剛度特性；敏感性分析

0　引言

隨著我國(guó)海上油氣開(kāi)發(fā)工程的發(fā)展，浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油設(shè)備（FPSO）作為一種經(jīng)濟(jì)合理、有效的采油裝置，近年來(lái)在我國(guó)海洋工程領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，并且形成了一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模［1］。然而，F(xiàn)PSO的單點(diǎn)系泊系統(tǒng)市場(chǎng)長(zhǎng)期以來(lái)都被國(guó)外公司壟斷，國(guó)內(nèi)單點(diǎn)系泊系統(tǒng)仍處于初步研發(fā)狀態(tài)。因此，解決單點(diǎn)系泊系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題對(duì)于我國(guó)海洋工程油氣鉆采裝備業(yè)的發(fā)展十分重要［2］。

單點(diǎn)系泊是指海洋工程船舶通過(guò)單點(diǎn)形式系泊在另一個(gè)固定式或浮式結(jié)構(gòu)物上，船舶圍繞該結(jié)構(gòu)物可以隨風(fēng)浪流做360°回轉(zhuǎn)，由于風(fēng)標(biāo)效應(yīng)，被系泊船舶將會(huì)停泊在環(huán)境力最小的方位上［2］。本文研究的內(nèi)轉(zhuǎn)塔式單點(diǎn)系泊系統(tǒng)就是單點(diǎn)系泊的一種。這種系泊系統(tǒng)主要依靠懸鏈的重力效應(yīng)產(chǎn)生恢復(fù)力，從而實(shí)現(xiàn)海上定位的功能。近年來(lái)，很多學(xué)者針對(duì)內(nèi)轉(zhuǎn)塔式單點(diǎn)系泊FPSO的動(dòng)力特性以及懸鏈錨泊系統(tǒng)的靜、動(dòng)力特性進(jìn)行了大量研究［3-11］。內(nèi)轉(zhuǎn)塔單點(diǎn)系泊系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，包括系泊錨鏈、鋼纜及配重塊等。目前，針對(duì)懸鏈錨泊系統(tǒng)的靜力分析大多側(cè)重于研究單根纜或系泊系統(tǒng)的靜力計(jì)算方法，不少學(xué)者也開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的計(jì)算程序。然而，針對(duì)單點(diǎn)系泊系統(tǒng)的剛度特性進(jìn)行敏感性分析的工作仍較少，而這種研究工作對(duì)于單點(diǎn)系泊設(shè)計(jì)具有重要的意義。本文將以我國(guó)南海一艘FPSO的內(nèi)轉(zhuǎn)塔單點(diǎn)系泊系統(tǒng)為例，基于線彈性懸鏈線理論建立單根纜和系泊系統(tǒng)的靜力模型，分別計(jì)算單根纜和系泊系統(tǒng)的剛度特性，重點(diǎn)分析吃水、系纜軸向拉伸剛度、系纜配重及系纜長(zhǎng)度等因素對(duì)系泊剛度的影響，并相應(yīng)總結(jié)各參數(shù)對(duì)系泊剛度的影響規(guī)律。本文的工作對(duì)于單點(diǎn)系泊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。

1　線彈性懸鏈線基本理論

假定海床是平坦的，忽略錨泊線的彎曲剛度和動(dòng)力效應(yīng)，忽略海底對(duì)錨泊線的橫向摩擦，認(rèn)為錨泊線僅在鉛垂平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，得到單根錨泊線的二維平面模型如圖1所示。

圖2所示為錨泊線微單元示意圖。圖中：力D和F分別為作用在微單元單位長(zhǎng)度平均水動(dòng)力的法向和切向分量。w為錨泊線的單位長(zhǎng)度濕重；A為錨泊線的截面積，E為材料的彈性模量，EA即為錨泊線的軸向剛度；T為錨泊線內(nèi)的張力。由圖2，可以得到平衡方程如下：

圖1　錨泊線模型［12］Fig.1 Modelof an anchor line

圖2　作用在錨泊線微單元上的力［12］Fig.2 Forcesacting on an anchor line element

引入

考慮錨泊線材料的線彈性，忽略作用在錨泊線上的水動(dòng)力D和F，則基本平衡方程可寫(xiě)為：

為簡(jiǎn)化分析，經(jīng)典的懸鏈線理論忽略了錨泊線材料本身的彈性作用。對(duì)于作業(yè)條件下的錨泊線，這一近似假設(shè)是滿足工程需要的，然而在極限條件下，錨泊線張力導(dǎo)致的材料變形不可忽略，因此材料的彈性作用須予以考慮?；诖嗽?，本文在進(jìn)行建模計(jì)算時(shí)采用了考慮錨泊線材料線彈性的懸鏈線理論。錨泊線微單元拉伸后的長(zhǎng)度d p和被拉伸前長(zhǎng)度d s之間的關(guān)系為：

式（7）和式（8）即為線彈性懸鏈線方程的解。式（7）給出了錨泊線長(zhǎng)度s、水平投影距離x和水平系泊力Tx三者之間的關(guān)系，已知這3個(gè)參數(shù)中的2個(gè)便可以計(jì)算出第3個(gè)參數(shù)的值［12］。

2　計(jì)算模型的建立

2.1系泊系統(tǒng)的主要參數(shù)

選取我國(guó)南海一艘在役內(nèi)轉(zhuǎn)塔式單點(diǎn)系泊FPSO系統(tǒng)為研究對(duì)象。該FPSO的作業(yè)水深為91.35 m，滿載吃水為15.93 m，轉(zhuǎn)塔鏈盤(pán)距船底2.67 m。其單點(diǎn)系泊系統(tǒng)主要由3組同樣長(zhǎng)度的組合系泊纜組成，3組系泊纜之間的夾角均為120°，每組由3根系泊纜組成，每組內(nèi)纜與纜之間的夾角為5°，各系泊纜的長(zhǎng)度均為894m，每根系泊纜兩端點(diǎn)之間的水平距離均為873.9 m。系泊系統(tǒng)的布置及編號(hào)如圖3所示。單根系泊纜的截面參數(shù)如表1所示，其中：UCS2和UCS4段上設(shè)有3塊配重塊，每塊的濕重均為68.7 kN；UCS3段上設(shè)有11塊配重塊，每塊的濕重均為68.7 kN；CE1，CE2，CE3，CE4分別為系泊纜上的連接單元。

2.2剛度特性分析模型

為便于分析與計(jì)算，定義了如圖4所示的右手坐標(biāo)系，其中x軸與2號(hào)纜方向一致，坐標(biāo)原點(diǎn)o位于轉(zhuǎn)塔鏈盤(pán)中心鉛垂線與水平面的交點(diǎn)處。

圖3　系泊系統(tǒng)布置Fig.3 Layoutofmooring system

表1　系泊纜截面參數(shù)Tab.1 M ooring line sectional characteristics

圖4　建模坐標(biāo)系Fig.4 Modelling coordinate system

建模時(shí)，將轉(zhuǎn)塔鏈盤(pán)中心近似為各系泊纜與FPSO的連接點(diǎn)，根據(jù)FPSO滿載吃水、轉(zhuǎn)塔位置以及系泊系統(tǒng)的布置方案，確定FPSO滿載工況下各系泊纜的端點(diǎn)坐標(biāo)如表2所示。

表2　系泊纜端點(diǎn)坐標(biāo)Tab.2 Coordinates of fair leadsand anchors

本文采用Ariane軟件，分別分析單根系纜和系泊系統(tǒng)的剛度特性。單根纜和系泊系統(tǒng)的靜力計(jì)算模型如圖5和圖6所示。系泊系統(tǒng)由9根組合式懸鏈線系泊纜組成，每根系泊纜包括6段錨鏈和2段鋼纜，錨鏈與鋼纜通過(guò)連接單元結(jié)合，配重塊數(shù)量通過(guò)改變相應(yīng)錨鏈段的濕重來(lái)模擬。

圖5　單根系纜模型Fig.5 Modelofa single line

圖6　系泊系統(tǒng)模型Fig.6 Modelofmooring system

基于上述建立的靜力計(jì)算模型，借助系泊分析軟件A riane，可通過(guò)批量計(jì)算來(lái)實(shí)現(xiàn)系泊剛度分析，具體流程為：

1）沿某一特定方向設(shè)定一組系泊纜上端位移值；

2）通過(guò)Ariane軟件批處理靜力分析，完成不同位移值下的靜力計(jì)算；

3）提取批量計(jì)算結(jié)果，得到與每個(gè)位移值相對(duì)應(yīng)的系泊力水平分量；

4）根據(jù)設(shè)定的位移值和相應(yīng)的系泊力水平分量值繪制出剛度特性曲線。

3　系泊剛度的參數(shù)敏感性分析

系泊剛度是指浮體發(fā)生單位位移時(shí)，系泊力水平分量與浮體位移之間的比值［13］。系泊剛度的大小與系纜的材料屬性、幾何尺寸等因素有關(guān)，在進(jìn)行剛度特性的參數(shù)敏感性分析之前，首先應(yīng)對(duì)初始的系泊系統(tǒng)進(jìn)行剛度分析，并以此作為敏感性分析的初始值和參考基準(zhǔn)。

3.1單根系纜及系泊系統(tǒng)剛度分析

結(jié)合表1中的系纜截面參數(shù)，選取滿載工況進(jìn)行計(jì)算，得到單根系纜剛度特性曲線如圖7所示，系泊系統(tǒng)沿x軸方向的剛度特性曲線如圖8所示。

圖7　單根系纜剛度特性曲線Fig.7 Stiffness characteristic of a single line

圖8　系泊系統(tǒng)剛度特性曲線Fig.8 Stiffness characteristic ofmooring system

由圖7可知，當(dāng)給定較小范圍的位移（小于5m）時(shí)，系泊力與位移近似地呈線性關(guān)系，但當(dāng)位移范圍較大（大于5m）時(shí)，隨著位移的增加，系泊力也迅速增大，剛度呈現(xiàn)出明顯的非線性，這也符合傳統(tǒng)懸鏈線式系泊纜的剛度特點(diǎn)。

對(duì)于系泊系統(tǒng)，其沿x軸方向的剛度曲線也呈現(xiàn)出類似的規(guī)律，而且由圖8也可以發(fā)現(xiàn)x軸正向的剛度要明顯小于x軸負(fù)向的剛度。分析可知，兩個(gè)方向的剛度不同與系泊系統(tǒng)的具體布置形式和建模坐標(biāo)系的選取有關(guān)。

本節(jié)中系泊系統(tǒng)模型的參數(shù)值將作為參數(shù)敏感性分析的初始參考值。

3.2系泊剛度對(duì)不同參數(shù)的敏感性

本文對(duì)系泊系統(tǒng)的剛度特性進(jìn)行局部敏感性分析，即研究單個(gè)參數(shù)變化對(duì)剛度特性的影響。選取吃水、錨鏈軸向剛度、鋼纜軸向剛度、配重、上部鋼纜分段（UWS段）長(zhǎng)度及下部錨鏈分段（LCS段）長(zhǎng)度這6個(gè)參數(shù)對(duì)系泊系統(tǒng)的剛度特性進(jìn)行參數(shù)敏感性分析。在改變一個(gè)參數(shù)的同時(shí)，保持其他5個(gè)參數(shù)不變。各參數(shù)的變化均以3.1節(jié)計(jì)算工況的參數(shù)值為參考基準(zhǔn)。

1）對(duì)吃水的敏感性分析。

在吃水敏感性分析中，選取FPSO的滿載、中載、壓載3種裝載工況分別進(jìn)行計(jì)算，得到不同吃水條件下的系泊系統(tǒng)剛度曲線，如圖9所示。結(jié)果表明，隨著吃水的增加，系泊系統(tǒng)的剛度整體上呈現(xiàn)出減小的趨勢(shì)；隨著位移的增加，各剛度曲線趨于重合，這說(shuō)明吃水變化主要影響一定位移范圍內(nèi)的剛度特性，這種影響隨位移的增大而逐漸減小。

圖9　不同吃水條件下的系泊系統(tǒng)剛度曲線Fig.9 Stiffness characteristicswith different drafts

2）對(duì)錨鏈軸向剛度的敏感性分析。

在錨鏈軸向剛度敏感性分析中，以3.1節(jié)計(jì)算工況中的錨鏈軸向剛度為初始值，在此基礎(chǔ)上依次變化±10%，±20%和±30%分別進(jìn)行計(jì)算，得到不同錨鏈軸向剛度條件下的系泊系統(tǒng)剛度曲線，如圖10所示。結(jié)果表明，隨著錨鏈軸向剛度值（EA）的增加，系泊系統(tǒng)的剛度整體上呈現(xiàn)出增大的趨勢(shì)；此外，當(dāng)位移較小時(shí)，錨鏈軸向剛度變化對(duì)系泊剛度幾乎沒(méi)有影響，隨著位移的增加，錨鏈軸向剛度對(duì)系泊剛度的影響也逐漸增大，這說(shuō)明錨鏈軸向剛度變化主要影響大位移情形下的系泊剛度。

圖10　不同錨鏈軸向剛度下的系泊系統(tǒng)剛度曲線Fig.10 Stiffness characteristicswith different axial stiffnessof the anchor chain

3）對(duì)鋼纜軸向剛度的敏感性分析

在鋼纜軸向剛度敏感性分析中，以3.1節(jié)計(jì)算工況中的鋼纜軸向剛度為初始值，在此基礎(chǔ)上依次變化±10%，±20%和±30%分別進(jìn)行計(jì)算，得到不同鋼纜軸向剛度條件下的系泊系統(tǒng)剛度曲線，如圖11所示。結(jié)果表明，隨著鋼纜軸向剛度的增加，系泊系統(tǒng)的剛度整體上呈現(xiàn)出增大的趨勢(shì)；此外，當(dāng)系泊纜上端位移較小時(shí)，鋼纜軸向剛度變化對(duì)系泊剛度幾乎沒(méi)有影響，隨著位移的增加，鋼纜軸向剛度對(duì)系泊剛度的影響也逐漸增大，這說(shuō)明鋼纜軸向剛度變化主要影響大位移情形下的系泊剛度。

圖11　不同鋼纜軸向剛度下的系泊系統(tǒng)剛度曲線Fig.11 Stiffness characteristicswith different axial stiffness ofwire

綜合分析圖10和圖11可知，錨鏈軸向剛度和鋼纜軸向剛度這2個(gè)參數(shù)的變化對(duì)系泊系統(tǒng)剛度特性的影響規(guī)律是一致的，且二者均主要影響大位移條件下的系泊剛度。究其原因，是由于系泊纜上的張力主要由系泊纜的重量和彈性產(chǎn)生，系泊纜的彈性剛度和幾何剛度共同作用而形成了系泊系統(tǒng)的有效剛度［12］；當(dāng)系泊纜上端發(fā)生小位移時(shí)，系泊系統(tǒng)主要靠重力提供回復(fù)剛度，彈性作用的影響很小，所以此時(shí)可以忽略彈性的作用；而在浮體大幅運(yùn)動(dòng)條件下，系泊纜上端發(fā)生大位移時(shí)，系泊系統(tǒng)依靠重力和彈性變形共同提供回復(fù)剛度，此時(shí)必須考慮系纜彈性的作用。

4）對(duì)配重的敏感性分析。

在配重敏感性分析中，以3.1節(jié)計(jì)算工況中的配重塊數(shù)量為基準(zhǔn)，依次計(jì)算UCS3段系纜配重塊減少2塊、4塊、6塊、8塊、10塊時(shí)的系泊剛度，得到不同配重下的系泊系統(tǒng)剛度曲線，如圖12所示。結(jié)果表明，隨著配重的減少，系泊系統(tǒng)的剛度整體上呈逐漸減小的趨勢(shì)；當(dāng)系泊纜上端位移較小時(shí)，配重減少對(duì)系泊剛度特性沒(méi)有明顯的影響，結(jié)合單根系纜的模型圖5可知，這是因?yàn)榇藭r(shí)UCS3段尚未被提離海底；隨著系泊纜上端位移的繼續(xù)增加，配重的影響逐漸增大；當(dāng)UCS3段纜完全被提離海底后，繼續(xù)增大位移，配重段的影響逐漸減小，此時(shí)配重不再是影響剛度的主要因素。由此可見(jiàn)，配重主要影響一定位移范圍內(nèi)的系泊剛度，這與配重所在的具體位置是相關(guān)的。

圖12　不同配重下的系泊系統(tǒng)剛度曲線Fig.12 Stiffness characteristicswith different clump weights

5）上部鋼纜分段（UWS）長(zhǎng)度敏感性分析。

在上部鋼纜分段（UWS）長(zhǎng)度敏感性分析中，保持系泊點(diǎn)的位置不變，以3.1節(jié)計(jì)算工況中的UWS段長(zhǎng)度為初始值，在此基礎(chǔ)上依次變化±5m 和±10m分別進(jìn)行計(jì)算，得到不同UWS段長(zhǎng)度條件下的系泊系統(tǒng)剛度曲線，如圖13所示。結(jié)果表明，隨著UWS段長(zhǎng)度的增加，系泊系統(tǒng)的剛度整體上呈現(xiàn)出大幅減小的趨勢(shì)。

圖13　不同UWS段長(zhǎng)度下的系泊系統(tǒng)剛度曲線Fig.13 Stiffness characteristicswith differentUWS lengths

6）下部錨鏈（LCS）長(zhǎng)度敏感性分析。

在下部錨鏈分段（LCS）長(zhǎng)度敏感性分析中，保持錨固點(diǎn)的位置不變，以3.1節(jié)計(jì)算工況中的LCS段長(zhǎng)度為初始值，在此基礎(chǔ)上依次變化±5 m和±10m分別進(jìn)行計(jì)算，得到不同LCS段長(zhǎng)度條件下的系泊系統(tǒng)剛度曲線，如圖14所示。結(jié)果表明，隨著LCS段長(zhǎng)度的增加，系泊系統(tǒng)的剛度整體上呈現(xiàn)出大幅減小的趨勢(shì)。

圖14　不同LCS段長(zhǎng)度下的系泊系統(tǒng)剛度曲線Fig.14 Stiffness characteristicswith different LCS lengths

綜合圖13和圖14可以看出，上部鋼纜段（UWS）長(zhǎng)度和下部錨鏈段（LCS）長(zhǎng)度對(duì)系泊系統(tǒng)剛度的影響規(guī)律是一致的，這兩個(gè)參數(shù)變化均會(huì)引起系泊剛度的大幅變化，說(shuō)明系泊剛度對(duì)系纜長(zhǎng)度變化十分敏感。

為進(jìn)一步分析，分別輸出各因素變化時(shí)的系纜預(yù)張力，如圖15所示。由圖15可發(fā)現(xiàn)，只有吃水、UWS段長(zhǎng)度和LCS段長(zhǎng)度這3個(gè)因素發(fā)生變化時(shí)，會(huì)相應(yīng)引起系纜預(yù)張力發(fā)生較大變化，而錨鏈軸向剛度、鋼纜軸向剛度和配重這3個(gè)因素發(fā)生變化時(shí)并不會(huì)引起預(yù)張力的變化。由此可見(jiàn)，不同因素變化對(duì)剛度的影響機(jī)制也是不同的，吃水及系纜長(zhǎng)度這2類因素實(shí)際上是通過(guò)影響預(yù)張力來(lái)影響系泊剛度，而材料拉伸剛度和配重這2類因素則主要影響一定位移范圍內(nèi)的系泊剛度。

圖15　各個(gè)因素變化時(shí)的系纜預(yù)張力Fig.15 Initial tension in the linewith differentparameters

進(jìn)行系泊剛度設(shè)計(jì)時(shí)，既要求系泊系統(tǒng)具有足夠的彈性，使FPSO的高頻運(yùn)動(dòng)不受系泊系統(tǒng)約束，又要求系泊系統(tǒng)具有足夠的剛度，以控制“平均位移”和“低頻位移”不至過(guò)大，從而使系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和受力處在合理、可接受的范圍內(nèi)［14］。在沒(méi)有環(huán)境載荷的情況下，一般通過(guò)調(diào)整預(yù)張力來(lái)調(diào)整系泊系統(tǒng)的剛度，通過(guò)本文的研究可以發(fā)現(xiàn)，系纜長(zhǎng)度和吃水是影響預(yù)張力的2個(gè)主要因素，因此在設(shè)計(jì)時(shí)可以通過(guò)調(diào)整這2個(gè)參數(shù)來(lái)有效調(diào)整預(yù)張力，快速得到滿足要求的系泊系統(tǒng)。此外，還可以根據(jù)本文計(jì)算分析得到的系泊剛度對(duì)不同參數(shù)的敏感性來(lái)對(duì)敏感性參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以使系泊剛度滿足系泊系統(tǒng)要求。通過(guò)調(diào)整系泊剛度，結(jié)合FPSO的質(zhì)量和附加質(zhì)量系數(shù)，可以快速估算出FPSO在水平面內(nèi)低頻運(yùn)動(dòng)的固有周期，這樣在設(shè)計(jì)時(shí)就可使系統(tǒng)的固有運(yùn)動(dòng)周期避開(kāi)低頻波浪載荷的周期，從而避免發(fā)生低頻共振。

4　結(jié)論

本文采用浮體系泊分析與設(shè)計(jì)軟件Ariane分別建立了單根系纜和系泊系統(tǒng)的分析模型，基于線彈性懸鏈線理論計(jì)算了單根系纜和系泊系統(tǒng)的剛度特性，并針對(duì)吃水、錨鏈和鋼纜軸向拉伸剛度、配重、上部鋼纜分段（UWS）和下部錨鏈分段（LCS）長(zhǎng)度等參數(shù)進(jìn)行了系泊剛度敏感性分析，得到如下主要結(jié)論：

1）系泊剛度對(duì)系纜長(zhǎng)度這類參數(shù)變化十分敏感，建議在系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)重點(diǎn)考慮系纜長(zhǎng)度變化對(duì)預(yù)張力的影響，可以通過(guò)調(diào)整系纜長(zhǎng)度快速得到滿足要求的系纜預(yù)張力。

2）吃水也是影響系泊剛度的重要參數(shù)，且預(yù)張力隨吃水的減小而增大。在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)綜合考慮不同的吃水條件，以確保各個(gè)吃水下的預(yù)張力和系泊剛度均能滿足要求。

3）錨鏈和鋼纜的軸向剛度主要影響大位移條件下的系泊剛度，在進(jìn)行系泊系統(tǒng)的極限工況設(shè)計(jì)時(shí)，不可忽略系泊纜彈性對(duì)系泊系統(tǒng)剛度的影響。

4）配重主要影響一定位移范圍內(nèi)的系泊剛度，且這種影響與配重的具體位置相關(guān)。

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［責(zé)任編輯：田甜］

Sensitivity analysis of different parameters for the stiffness of internal turretmooring systems

LIU Shuxiao1，2，TANGYougang1，2，LIYan1，2，LIU Chengyi1，2
1 Schoolof Civil Engineering，Tianjin University，Tianjin 300072，China
2 State Key Laboratory of Hydraulic Engineering Simulation and Safety，Tianjin 300072，China

Internal turret Single PointMooring（SPM）systems are widely used for positioning Floating Production，Storage and Offloading（FPSO）vessel in South China Sea.In order to analyze the stiffness characteristic of such SPM systems，both the static single-linemodel and mooring system model are established using themooring design software Ariane.Based on the linear elastic catenary theory，the stiffness of a single line and the whole mooring system are calculated.The sensitivity of the mooring system's stiffness is studied by changing several design parameters such as the draft of FPSO，the clump weight on themooring line，and the length and axial tensile stiffness of themooring line.It is observed that themooring stiffness is rather sensitive to the length of themooring line due to the change of the initial tension in the line；the effect of axial tensile stiffness cannot be neglected under the condition of large displacement on the upper end of themooring line；clump weight affects mooring stiffness within a certain displacement range.Finally，certain suggestions are put forward for the design of the mooring system.

internal turret；single pointmooring；stiffness characteristic；sensitivity analysis

U674.38

A

10.3969/j.issn.1673-3185.2015.04.013

2014-11-19網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2015-7-29 9:23:54

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51279130）

劉樹(shù)曉，男，1992年生，碩士生。研究方向：船舶與海洋結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)。E-mail：adonis1992@126.com唐友剛（通信作者），男，1952年生，博士，教授，博士生導(dǎo)師。研究方向：船舶與海洋結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)，深海工程。E-mail：tangyougang_td@163.com