单柱平台是一种新兴的深海轻型顺应式海洋平台,以良好的运动性能和较低的造价在深海石油资源开采中发挥着重要的作用。 本文从海洋工程流体力学的角度探讨了带有锚泊系统的轻型单柱平台在波浪作用下所遇到的二维流体力学问题。简化典型单柱平台的模型,推导三段锚泊线的方程,并对文中实例进行了锚泊线极限张力分析,在生存条件下对系索进行了强度校核。 本文重点在于波浪作用下考察锚泊系统对平台运动响应的约束作用。忽略风力和流力的作用,水平波浪力和波浪力矩采取线性化的Morison方程来计算,垂向计算摩擦阻力和Morison力的垂向分量(纵摇时)。由于运动方程的水动力系数随着时间和平台广义位移的变化而变化,因此本文采取时间域内求解运动方程的方法计算单一规则波作用下平台产生的三个自由度上的广义位移响应,以最大有义波高为18m的JONSWAP谱为输入谱进行谱分析,得到位移响应谱。 根据给定海浪谱对应的有义波高与周期,在时域中求出三个自由度运动位移的时间历程:得到三个自由度运动位移的响应函数,应用线性变化系统确定在不规则波中的运动位移的各种统计平均特征值,预报自由状态和锚泊状态平台的运动特性。 本文在分析问题和求解运动方程时采取了一些近似和假设,在实例计算中论述了这些近似和假设的可行性。 应用本文提供的方法可以分析锚泊系统对单柱平台运动的约束作用。分析表明,锚泊系统对平台的纵荡运动约束作用比较明显,而对纵摇和升沉的约束作用则不大,对这两个方向上的运动应该采取张力腿的形式加以约束。