海結(jié)原理環(huán)境載荷PPT課件

1、環(huán)境條件的確定（1）在作業(yè)海域內(nèi)根據(jù)實(shí)際測(cè)量結(jié)果與實(shí)船工作情況決定；（2）根據(jù)規(guī)范確定；（3）根據(jù)業(yè)主或用戶要求確定；（4）根據(jù)海況與氣象的實(shí)測(cè)資料推算的結(jié)果確定第1頁/共26頁設(shè)計(jì)波參數(shù)：最大波高、周期、概率第2頁/共26頁1、風(fēng)載荷中國(guó)船級(jí)社規(guī)定：正常作業(yè)狀態(tài)設(shè)計(jì)風(fēng)速不小于：36m/s(70kn)自存狀態(tài)設(shè)計(jì)風(fēng)速不小于：51.5m/s(100kn)在遮蔽海區(qū)設(shè)計(jì)風(fēng)速不小于：26m/s(50kn)第3頁/共26頁1.1 CCS風(fēng)載荷計(jì)算法規(guī)范規(guī)定風(fēng)壓計(jì)算公式：PSCCFsh2613. 0VP 構(gòu)件上的風(fēng)力F計(jì)算公式：S：受風(fēng)構(gòu)件的正投影面積Ch：暴露在風(fēng)中的構(gòu)件的高度系數(shù)，其值可根據(jù)構(gòu)件幾何

2、心距離設(shè)計(jì)水面的高度查表得到。Cs：暴露在風(fēng)中的構(gòu)件的形狀系數(shù)，根據(jù)構(gòu)件形狀查表取得或根據(jù)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)得到。如球形的取0.4第4頁/共26頁1.2 美國(guó)風(fēng)載荷計(jì)算法實(shí)際上風(fēng)力分為與風(fēng)速方向一致的拖曳力FD和垂直于風(fēng)向的升力FLSVCFSVCFLLDD222121CD：阻力系數(shù)CL：升力系數(shù)第5頁/共26頁1.3 脈動(dòng)風(fēng)壓的動(dòng)力效應(yīng)結(jié)構(gòu)的高度大于其寬度的5倍以上，自振周期長(zhǎng)于0.5s，結(jié)構(gòu)對(duì)動(dòng)力相應(yīng)比較敏感，就需要考慮風(fēng)載荷動(dòng)力相應(yīng)，即在計(jì)算中考慮加入陣風(fēng)系數(shù)：陣風(fēng)系數(shù):查表得到，是自振周期的函數(shù)SVCCPFPtPshcc2)(第6頁/共26頁2 波浪載荷 線性波理論（微幅波）(初步設(shè)計(jì)中廣泛采用)

3、 斯拖克斯波（2階到5階波） 橢圓余弦波 孤立波 流函數(shù) 繞射理論2.1 波浪理論第7頁/共26頁2.2 線性波理論1 、線性波浪理論假設(shè)：1) 流體均勻且不可壓縮；2) 不計(jì)科氏力；3) 不計(jì)表面張力；4) 流體無旋；5) 底部水平、靜止且不可穿透；6) 波浪為二維；7) 波浪不受其他水流運(yùn)動(dòng)地影響；8) 表面壓力為嘗數(shù)；9) 波幅相對(duì)波長(zhǎng)、水深為小良。第8頁/共26頁2、波浪參數(shù)定義波高：H周期：T波幅：A1/2H波長(zhǎng)：L水深：d水表面質(zhì)點(diǎn)高度： 相對(duì)靜止水面水質(zhì)點(diǎn)相對(duì)軌跡中心地水平和垂直坐標(biāo)：水支點(diǎn)運(yùn)動(dòng)地水平和垂直速度分良：),(),(wu第9頁/共26頁3、線性波浪分類第10頁/共26

4、頁 4、 線性波理論總結(jié)第11頁/共26頁水深d0.9144波高H0.1524周期T1質(zhì)點(diǎn)位置z-0.6096判斷d/gT20.093306122 深水波波速C0gT/(2*Pi)1.559718波長(zhǎng)L0gT2/(2*Pi)1.559718波數(shù)k2Pi/L4.02841水平速度upiHe(kz)/T0.041垂向速度wpiHe(kz)/T0垂向加速度az2H(pi/T)2e(kz)0.258水平加速度ax2H(pi/T)2e(kz)0一造波水池長(zhǎng)170米，寬6米，深4米，裝有0.9144米深淡水。造波機(jī)產(chǎn)生波高0.1524米，周期1秒的波浪。計(jì)算波峰處位于靜止水表面下0.6096米的水質(zhì)點(diǎn)的速

5、度和加速度5、線性波理論應(yīng)用第12頁/共26頁2.3 波浪載荷計(jì)算方法邱卡數(shù): DTUKm/雷諾數(shù): /ReDUmUm波峰處水質(zhì)點(diǎn)的速度T波浪周期D構(gòu)建直徑 海水運(yùn)動(dòng)黏性系數(shù)步驟一：計(jì)算兩個(gè)常數(shù) K 和 Re第13頁/共26頁步驟二：根據(jù)常數(shù)決定用哪個(gè)算法第14頁/共26頁步驟三：如果用Morison方程nndnmuudACuVCF21dddF: 在體積dv、投影面積為dA的構(gòu)件微段上的波浪力垂直于構(gòu)件軸線的速度和加速度；Cm 阻力系數(shù)，Cd慣性力系數(shù)。微分形式：第15頁/共26頁豎直圓柱Morison方程（1）zurCzuurCFdmdddd|002zuzdrCzuuzdrCMdmddd)(

6、d|)(002第16頁/共26頁利用線性波浪理論的水質(zhì)點(diǎn)速度和加速度帶入上面的表達(dá)式，取,tx , 0cos|cos|sin22122dmCACATLrHFcos|cos|sin243222dmCACATLrHMkdkdkddkkdAkdkdkdkdHrAkdkdkdAHrA2ch12sh22sh641chsh1sh42sh2sh161222243221第17頁/共26頁一個(gè)波浪周期內(nèi)豎直圓柱受力變化第18頁/共26頁水平放置圓柱受力第19頁/共26頁3 冰載荷我國(guó)北部的渤海和黃海的冰情雖然不及嚴(yán)寒地區(qū)嚴(yán)重，但是在嚴(yán)重年份的2，3月份，對(duì)海上鉆井平臺(tái)、采油平臺(tái)帶來的影響也不容忽視。一般的辦法是

7、在冰期不作業(yè)。第20頁/共26頁3.1 冰載荷的主要形式1. 冰原包圍 整個(gè)海面處于冰層覆蓋狀態(tài)。在潮流和風(fēng)的作用下，大面積冰原呈整體移動(dòng)，擠壓平臺(tái)。如果平臺(tái)能夠承受，冰原被樁腿切入或割裂。 這種載荷呈現(xiàn)周期性，并伴隨著振動(dòng)。在大面積冰原破碎前，平臺(tái)受到的擠壓力最大。第21頁/共26頁3.1 冰載荷的主要形式2. 流冰（浮冰） 自由漂浮流動(dòng)的冰塊，沖擊平臺(tái)產(chǎn)生的沖擊力。3. 冰層膨脹 冬季氣溫急劇變化的情況下，整體冰蓋層由于溫度變化引起的冰體膨脹（冰密度變化）而產(chǎn)生的對(duì)平臺(tái)的擠壓的膨脹力。第22頁/共26頁3.1 冰載荷的主要形式4. 附連冰的拖曳力 平臺(tái)四周海冰因溫度下降而結(jié)成一體附連在平臺(tái)上，冰體由于潮流和風(fēng)力作用而移動(dòng)產(chǎn)生對(duì)平臺(tái)的拖曳力。由于水位的波動(dòng)還會(huì)產(chǎn)生垂直的作用力（附連冰的重力和浮力）。5. 流冰期冰塊對(duì)平臺(tái)的摩擦作用力 前兩種冰載荷為主要形式。第23頁/共26頁3.2 冰載荷計(jì)算1. 大面積冰原擠壓孤立垂直樁柱所產(chǎn)生的冰載荷P PmK1K2Rcbh (kN)m：樁柱的形狀系數(shù)，對(duì)于圓柱采用0.9K1：局部擠壓系數(shù)(2.53.0)K2: 接觸系數(shù)（0.30.45）Rc:冰塊試樣的極限抗壓強(qiáng)度（kN/m2，渤黃海取1470）b:樁柱寬度或直徑(m)h:冰層的計(jì)算厚度（國(guó)家主管部門提供實(shí)測(cè)資料）遼東灣1m