随着陆地油气资源的枯竭和油气需求增加,海底油气的开采已经向深水域和超深水域不断发展。半潜式平台具有总投资相对小,甲板空间和甲板可变载荷更大,工作水深范围更广,易于改造,具备钻井、修井、生产等多种工作功能等优点,将是深海油气资源作业装备的更佳选择。运动响应是半潜式平台设计的基础,是平台结构强度分析的前提条件。由于半潜式平台结构复杂、工作环境特殊,影响平台运行响应的参数繁多。工作水深、装载工况、风浪流等环境条件、平台的定位方式等都会对已确定主尺寸参数的平台的运动响应有一定影响。本文针对这些因素对半潜式平台运动响应影响的敏感性进行了全面研究,为深入掌握半潜式平台运动规律,科学指导设计提供有益参考。海洋工程向深水和超深水发展,半潜式平台的重量控制和甲板可变载荷问题越来越得到重视。对海洋平台工作环境要求越来越严格,平台上振动与噪声也是不可忽略的问题。复合材料的低密度、高强度、高阻尼、耐腐蚀等优点,使其在船舶海洋工程结构中逐步得到应用。在满足结构强度要求的基础上应用复合材料可以减轻结构重量,降低振动,增加平台的甲板可变载荷。本文对金属-复合材料组合结构在半潜式平台中减振减重设计方法进行了研究,其成果对未来该技术推广应用提供借鉴。依托海洋石油982半潜式平台的基本设计,以及国家自然科学基金项目“舰船金属-复合材料组合结构减振降噪优化设计理论与试验研究”,本文主要进行了如下研究:1.以一典型双浮箱潜式平台为例,介绍了工程界中半潜式平台运动响应的主要分析方法。2.由于生产制造与工作中平台压载水和甲板可变载荷等位置的改变,导致平台质量回转半径的变化,且半潜式平台工作水深变化范围较大(100米~3000米),以此半潜式平台为例,研究了自存工况下平台质量回转半径和工作水深对半潜式平台的RAO’s、气隙、波浪载荷和设计波等的影响敏感性。3.本文运用水池试验结果修正数值模型,并结合风洞试验的方法,提出了一种可同时考虑风、浪、流和全尺寸锚泊系统等因素,准确预测平台运动响应的方法。由于船级社规范对半潜式平台气隙分析的要求中,没有规定是否要考虑风和流对平台气隙的影响,本文运用该方法在时域内分析研究了风、流以及锚泊系统对平台气隙和甲板箱所承受波浪砰击载荷影响的敏感性。4.以上述半潜式平台为例,依据DNV规范介绍了半潜式平台的锚泊系统、DP系统和ATA系统的定位能力分析方法。针对半潜式平台DP定位系统特性和船级社规范要求,提出了一种可以准确考虑流、船体等因素对推进器有效推力影响的平台DP系统定位能力分析方法—静态逐级增加力矩法。运用Matlab语言实现了静态逐级增加力矩法对半潜式平台DP系统定位能力的分析,并对该方法的可行性进行了验证;提出了一种基于模糊控制理论的锚泊系统布锚方式优化方法。揭示了在相同的吃水情况下,不同定位方式对平台运动的敏感性。5.文中提出了一种可以同时考虑平台总体结构强度和波浪砰击载荷的屈曲和屈服分析方法。运用这种分析方法,以上述平台为例计算了横撑结构强度,分析结果得到CCS和DNV船级社的认可。6.根据深水半潜式平台对重量控制和甲板可变载荷的严格要求及复合材料的特性,研究了金属-复合材料组合结构在平台设计中的减振与结构减重的优化设计。结合层合部件法与SIMP方法,提出一种对金属-复合材料组合结构同时进行尺寸、选材和拓扑的动力学优化方法,实现了半潜式平台的减重和减振的目标,并通过三杆桁架、十杆桁架组合结构和减振浮筏组合结构的数值模拟验证了该方法的可行性和优越性。7.文中以减振浮筏为例,研究了组合结构中不同正交接头类型(T型、L型和Pi型接头)的动力学特性,并通过Matlab和ANSYS编程分析和研究了不同接头类型的静力特性、模态特性以及谐响应特性,并研究了接头部分半径和板厚对组合浮筏的模态和谐响应的敏感性。文中研究成果对半潜式平台结构设计以及船舶海洋工程结构减振和减重具有重要参考价值。