Spar
關(guān)注創(chuàng)建者：Nutshell 創(chuàng)建時間：2016-03-08
Spar的實例教程
一個SPAR對12米高的波浪的動態(tài)反應(yīng)
由于氣隙設(shè)計中必須考慮到與平臺腿的相互作用，陡波表現(xiàn)出顯著的非線性行為和波幅放大。如果在惡劣環(huán)境中出現(xiàn)負(fù)氣隙，預(yù)測由此產(chǎn)生的甲板沖擊載荷就變得非常重要。隨著石油和天然氣生產(chǎn)進入更深的水域，需要浮式結(jié)構(gòu)，并且甲板高度受到重量和穩(wěn)定性要求的限制。準(zhǔn)確預(yù)測甲板與自由水面的間隙和甲板沖擊載荷對于預(yù)測這些結(jié)構(gòu)在惡劣環(huán)境下的性能至關(guān)重要。
計算流體動力學(xué)
計算流體動力學(xué)（CFD）方法被廣泛應(yīng)用于各種行業(yè)，以研究流體流動和熱傳遞行為。CFD結(jié)合流體體積（VOF）模型，可以有效預(yù)測離岸平臺的空隙和波浪撞擊載荷。VOF方法可以準(zhǔn)確預(yù)測自由液面的形狀和非線性波浪行為。對于浮動系統(tǒng)，CFD可以與有限元分析（FEA）相結(jié)合，以預(yù)測平臺在波浪撞擊期間的動態(tài)和結(jié)構(gòu)反應(yīng)。
SPAR平臺的波浪相互作用
圖1為SPAR對10和20米波浪的動態(tài)反應(yīng)。這兩個波浪均為20秒的周期，并使用線性波浪邊界條件生成。SPAR被建模為質(zhì)心有6個自由度的剛體。
圖2為SPAR質(zhì)心的垂直位移。
圖3為波浪相互作用引起的SPAR的水平力。
圖1：SPAR的動態(tài)反應(yīng)
圖2：SPAR的垂直位移
圖3：SPAR上的水平力
波浪對重力式結(jié)構(gòu)（GBS）的影響
圖4為波浪對重力式結(jié)構(gòu)（GBS）甲板的影響。平均水深為151.1米，初始空隙為21.7米。入射波浪高度為40米，周期為17秒。
圖5為波浪對頂部甲板的GBS水平和垂直力的影響。
力的急遽增加對應(yīng)于波浪對GBS前端的初始沖擊和對甲板頂部的二次沖擊，如圖4所示。
圖4：波浪對GBS的影響
圖5：由于波浪對甲板的沖擊而產(chǎn)生的GBS受力歷史
展開 l 以Spar平臺為基礎(chǔ)的開發(fā)模式
Spar技術(shù)事實上在40年前就在海洋工程中得到應(yīng)用，那時的Spar是一種儲油和卸油的浮筒。1984年，Deep oil Technology. Inc.將其發(fā)展成特殊的具有鉆、采及生產(chǎn)處理能力的并廣泛適用于深海開發(fā)的平臺。
單柱體平臺是一個浮式柱狀結(jié)構(gòu)，通過纜繩錨固于海底，造價低，運動響應(yīng)小，便于安裝，可以重復(fù)使用，因而對邊際油田比較適用。平臺的主體是一個大直徑、大吃水的具有規(guī)則外形的浮式柱狀結(jié)構(gòu)，它由柱與梁板構(gòu)成，柱體內(nèi)部可以儲油，它的大吃水形成對立管的良好保護，同時其運動響應(yīng)對水深變化不敏感，更適宜于在深達3000m深水海域應(yīng)用。Spar 兼具了張力腿平臺和浮(船)式生產(chǎn)儲運裝置的特點，優(yōu)越性顯著。
展開 第二個為碩士論文，利用專門用于風(fēng)機設(shè)計的軟件 SWT(SAMCEF for Wind Turbine)，建立了三種浮式風(fēng)機的模型，支撐平臺為張力腿、Spar 和駁船，對三種平臺在三種水深（200
米、300 米和 400 米）、南海海況下進行了動力響應(yīng)分析和對比。同時研究了風(fēng)浪載荷、波浪入射角以及波浪周期對平臺運動的影響。得到若干結(jié)論，如：1）張力腿和 Spar 平臺平衡位置隨水深的增加而上升，而駁船平臺平衡位置隨水深增加而下降；張力腿和 Spar 平臺系泊纜預(yù)張力隨水深的增加而減小，而駁船平臺預(yù)張力隨水深增加而增大，系泊纜預(yù)張力垂向分量的增量等于平臺排水重量的增量。2）三種浮式風(fēng)機在一年一遇工況下平臺的運動比 100 年一遇（停機）工況下小，說明波浪載荷對三種平臺運動的影響較大；三種浮式風(fēng)機的位移、偏轉(zhuǎn)角、平臺應(yīng)力和系泊纜張力都在允許范圍之內(nèi)，浮式風(fēng)機能安全地進行工作。3）在風(fēng)速一定的條件下，波高越大，平臺的運動一般也越大；波高一定時，在浮式風(fēng)機正常工作的風(fēng)速范圍內(nèi)，風(fēng)速增大對平臺運動的影響不是很大。對于深水浮式風(fēng)機而言，波浪載荷在載荷組合中起主導(dǎo)作用。
展開 05 結(jié)論
本研究通過對熱裂紋產(chǎn)生原因的分析，在SPAR項目框架內(nèi)展開宏觀建模，并使用通用結(jié)構(gòu)仿真軟件中的熱力學(xué)計算進行測試，最后引入內(nèi)聚力單元以更深一步對熱裂紋進行分析和研究。
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6 浮筒式平臺（Spar）
Spar平臺技術(shù)在30年前就在海洋工程中得到應(yīng)用，那時的Spar是一種儲油和卸油的浮筒。1984年，Deep oil Technology, Inc.將其發(fā)展成特殊的具有鉆、采及生產(chǎn)處理能力的并適用于深海開發(fā)的平臺。浮筒式平臺是一個浮式柱狀結(jié)構(gòu)，通過纜繩錨固于海底，它的大吃水形成對立管的良好保護，可適用于450m以上的海域，由于其運動響應(yīng)對水深變化不敏感，更適宜于在深達3000m 深水海域應(yīng)用，同時由于其結(jié)構(gòu)是將浮力艙和壓載艙在垂直方向分開獨立設(shè)置，使其具有良好的漂浮穩(wěn)性，即使在極端破壞的情況下也不會傾覆，因此具有很好的發(fā)展前途。
7 半潛式平臺
半潛式平臺生產(chǎn)系統(tǒng)，就平臺外型來看與半潛式鉆井平臺基本相同，但其內(nèi)部設(shè)備是油氣處理、轉(zhuǎn)運等裝置。半潛式平臺由上部組塊、浮體、系泊系統(tǒng)等構(gòu)成，具有良好的抗風(fēng)浪能力和穩(wěn)定性。半潛式平臺長期以來被用在鉆井和采油中，是一種比較成熟的技術(shù)，半潛平臺的適應(yīng)水深在80～2414m，范圍比較廣。
8 單點系泊裝置
單點系泊裝置是一種將海底管線輸入的油轉(zhuǎn)輸?shù)接洼喩系囊环N系留設(shè)施，其上面設(shè)有輸油軟管及其收放裝置，同時設(shè)有供船舶系留的纜索，下部與輸油管連接，上部輸油管線經(jīng)過上部旋轉(zhuǎn)裝置用軟管與系留船舶連接或直接通過軟管與系留船舶連接，整個設(shè)施通過錨索鏈或?qū)Ч芗芄潭ㄔ诤４采希?其工作水深一般是在十幾米以至3000m水域。
9 浮式生產(chǎn)系統(tǒng)（FPSO）
浮式生產(chǎn)儲油卸油系統(tǒng)（FPSO）由錨系到海底的大型油輪型駁船構(gòu)成。FPSO 通常與井口平臺或海底采油系統(tǒng)組成一個完整的采油、原油處理、儲油和卸油系統(tǒng)。其作業(yè)原理是：通過海底輸油管線接受從海底油井中采出的原油，并在船上進行處理，然后儲存在貨油艙內(nèi)，最后通過卸油系統(tǒng)輸往穿梭油船。
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Spar的最新內(nèi)容
第 3 步：INTERCONNECT 中的電路仿真
使用光學(xué)n端口S參數(shù)(SPAR)元素在 INTERCONNECT 中創(chuàng)建一個緊湊模型，并將第2步得到的數(shù)據(jù)導(dǎo)入。通過重現(xiàn)上一步中獲得的傳輸曲線來驗證 MMI 緊湊模型。該圖顯示了兩種偏振的傳輸。
在舊版本的 ANSYS 2D 中，Spar 用于定義鏈接 180。單擊 OK（確定）。
步驟14：
現(xiàn)在我們必須定義桿件的橫截面。在 Real constants 下>> Add/Edit/Delete。
步驟15：
單擊 Add。
步驟16：
輸入橫截面積 = 3250。保留默認(rèn)設(shè)置，然后單擊 OK 然后關(guān)閉。
步驟17：
現(xiàn)在我們必須定義材料屬性。
SPAR平臺的波浪相互作用
圖1為SPAR對10和20米波浪的動態(tài)反應(yīng)。這兩個波浪均為20秒的周期，并使用線性波浪邊界條件生成。SPAR被建模為質(zhì)心有6個自由度的剛體。
圖2為SPAR質(zhì)心的垂直位移。
圖3為波浪相互作用引起的SPAR的水平力。
張亮等[8]將Spar平臺系泊改為包括錨鏈、重塊及彈性系泊的組合系泊，發(fā)現(xiàn)彈性系泊可有效降低平臺動態(tài)響應(yīng)與系泊張力，且彈性系泊的位置對結(jié)果無明顯影響。趙永生等[9]針對漂浮式風(fēng)力機可能遭遇到的極端惡劣海洋環(huán)境，通過極端載荷統(tǒng)計外推的方法得到了不同概率極端海況下張力腿平臺葉根受力情況。
05 結(jié)論
本研究通過對熱裂紋產(chǎn)生原因的分析，在SPAR項目框架內(nèi)展開宏觀建模，并使用通用結(jié)構(gòu)仿真軟件中的熱力學(xué)計算進行測試，最后引入內(nèi)聚力單元以更深一步對熱裂紋進行分析和研究。
第 3 步：INTERCONNECT 中的電路仿真
使用光學(xué)n端口S參數(shù)(SPAR)元素在 INTERCONNECT 中創(chuàng)建一個緊湊模型，并將第2步得到的數(shù)據(jù)導(dǎo)入。通過重現(xiàn)上一步中獲得的傳輸曲線來驗證 MMI 緊湊模型。該圖顯示了兩種偏振的傳輸。
關(guān)于成本模型如何執(zhí)行成本風(fēng)險評估的詳細(xì)討論，可從SPAR網(wǎng)站下載用戶手冊。
最后，PODAC成本模型根據(jù)基本行業(yè)/工藝組對船廠人力需求進行了估計。這個輸出對預(yù)計的勞動時間和計劃的造船人力水平進行了很好的交叉檢查。對于設(shè)計細(xì)節(jié)較少的早期概念設(shè)計，成本模型以現(xiàn)有船舶設(shè)計的統(tǒng)計調(diào)查分析值代替。
早期飛機的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)型是雙翼機(biplane)，機身和機翼采用橋梁的衍架(girder)設(shè)計，機翼內(nèi)有多根木制的翼梁(spar)和翼肋(rib)直交(orthogonal)擺置，外層再包上帆布。上下機翼間以木條和鋼索做為垂直支撐，以維持機翼在氣動載荷下不致彎折破壞;機身則是木盒狀衍架(box-girder)設(shè)計，對角線加上鋼索以維持機身的剛硬(rigidity)。
LINK180單元介紹
Link180是一個在各種工程應(yīng)用中有用的3-d spar。該單元可用于模擬桁架、下垂的纜索、連接件、彈簧等。這個單元是一個單軸拉壓單元，每個節(jié)點有三個自由度: 節(jié)點 x、 y 和 z 方向的平移。只支持張力(電纜)和只壓縮(間隙)選項。在鉸接結(jié)構(gòu)中，不考慮單元的彎曲。塑性，蠕變，旋轉(zhuǎn)，大撓度和大應(yīng)變能力都包括在內(nèi)。
人類第一種空間機械臂就是由加拿大Spar公司設(shè)計制造。1981年，該公司和美國宇航局聯(lián)合研制了4套供航天飛機使用的空間機械臂，被稱為加拿大臂。
加拿大臂的重量為410.5公斤，長約15米，由6個控制關(guān)節(jié)組成。6個自由度的加拿大臂安裝在航天飛機左舷的縱梁上，采用航天員艙內(nèi)遙控操作方式，用于展開和回收有效載荷，以及協(xié)助航天員進行艙外活動。
