[发明专利]基于张力腿参数图谱的动力不稳定性识别方法

说明书

一种基于张力腿参数图谱的动力不稳定性识别方法，采用以下步骤：一：建立张力腿带有系统阻尼的运动动力方程；二：采用谐波平衡增量法构建无穷行列式矩阵；三：求得带有阻尼的非线性动力方程稳定性参数图；四：绘制张力腿带有阻尼的运动动力稳定性参数图谱；五：确定在不同稳定区域阻尼对系统不稳定性的抑制效果；六：根据在不同稳定区域阻尼对系统不稳定性的抑制效果，得到动力不稳定性参数识别。本发明不仅能够在海上迅速识别张力腿平台动力不稳定性，解决了张力腿过度应力破坏或疲劳损伤问题；而且，大大节省了张力腿与平台海上安装的成本和风险；提高了海上安装速度、工程质量和工作效率。

技术领域

本发明涉及张力腿平台，尤其涉及一种基于张力腿参数图谱的动力不稳定性识别方法。属于海洋石油工程领域。

背景技术

张力腿平台作为一种典型的深水油气开发的生产平台类型，经过几十年的发展逐步走向成熟，已经在国际上得到了较为广泛的应用。而张力腿的安装则成为了张力腿平台施工的重要环节，其是张力腿平台海上安装的关键步骤。

张力腿在海上安装过程中，由于风、浪、流等作用的影响，张力腿的张力也会发生周期变化，会激励张力腿参量共振，给安装作业带来很大的风险；尤其在张力腿与平台安装连接时，由于环境荷载引导的张力变化会对张力腿进行参量激励作用，因此，张力腿会产生横向运动，同时，还会产生时间变化的轴向应力，在满足一定参量共振条件时，张力腿将出现大幅振动，这种次频共振(subharmonic resonance)现象，就是动力不稳定性(instability)，类似于参考文献中总提到的马休不稳定性(Mathieu instability)。

如果张力腿动力产生不稳定性问题，就可能带来张力腿过度应力破坏或疲劳损伤问题，这样一来，则会给安装作业带来极大的风险，因此，在张力腿与平台安装连接时应该避免。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术存在的上述缺点，而提供一种基于张力腿参数图谱的动力不稳定性识别方法，其不仅能够在海上迅速识别张力腿平台动力不稳定性，解决了张力腿过度应力破坏或疲劳损伤问题；而且，大大节省了张力腿与平台海上安装的成本和风险；提高了海上安装速度、工程质量和工作效率。

本发明的目的是由以下技术方案实现的：

一种基于张力腿参数图谱的动力不稳定性识别方法，其特征在于：采用以下步骤：

第一步：建立张力腿带有系统阻尼的运动动力方程；

第二步：基于张力腿带有系统阻尼的运动动力方程，采用谐波平衡增量法构建无穷行列式矩阵；

第三步：应用无穷行列式矩阵的递推公式，求得带有阻尼的非线性动力方程稳定性参数图；

第四步：绘制张力腿带有阻尼的运动动力稳定性参数图谱；

第五步：根据张力腿带有阻尼的运动动力确定的稳定性参数图谱，确定在不同稳定区域阻尼对系统不稳定性的抑制效果；

第六步：根据在不同稳定区域阻尼对系统不稳定性的抑制效果，得到动力不稳定性参数识别。

所述张力腿带有系统阻尼的运动动力方程的具体公式如下：

其中，M是张力腿质量，v(X，t)是张力腿横向位移，X是张力腿横向坐标，t是时间，C_d是水阻力系数，ρ_w是水的密度，D是张力腿直径，EI是张力腿抗弯刚度，T是张力腿总体张力，C₁是水升力系数，V是海流速度；

一般情况下，准确的确定张力变化，需要根据张力腿侧向和轴向位移之间耦合来评估，任何轴向张力波动也可以用以下公式表示：