海洋平台在建造和使用期间承受的环境载荷指由风、波浪、海流、海冰、水温及气温、潮汐、地震等自然环境引起的载荷。波浪载荷是平台强度分析、结构设计与安全评估中一个非常重要的载荷之一，正确计算波浪载荷对结构安全性具有重要意义。
在风浪作用下，半潜式平台始终处于运动状态，因此对平台的载荷进行计算是一个非常复杂的动力问题，难于精确计算。目前普遍使用的方法是将动力问题转化为准静力问题来处理，从而在满足工程精度要求的前提下简化计算。
      波浪是一个随机的过程，而平台强度有限元分析需要得到确定的结果，所以需要采取一定的分析方法对波浪载荷进行处理。目前的方法主要有谱分析法和设计波法，设计波法应用较多。设计波法是根据平台工作地区的环境条件和设计的要求，选取平台可能遇到的最大的波浪作为设计波，规范通常规定使用百年一遇的最大规则波，然后计算平台在设计波作用下的运动、载荷和构件应力，并根据规范的强度要求校核平台的结构安全性。
      作用在物体上波浪诱导的载荷是由于波浪产生的压力场引起，一般波浪诱导载荷分为三种：拖曳力、惯性力和绕射力。拖曳力是物体造成水流的扰动引起的；惯性力包括两部分，一是入射波压力场引起的作用力，二是流体的惯性引起的附加质量力；绕射力是波浪受物体影响发生绕射引起的作用力。波浪诱导载荷各分量对于具体的结构物而言并非同等重要，其影响程度取决于结构物的型式和尺度以及所选取的波浪状况等。
      海洋工程结构中，通常对大尺度结构和小尺度结构采取不同的方法计算波浪载荷。所谓大小结构之分是相对波浪的尺度而言，并无绝对界限，一般以D/L≤0.2作为小结构物(D为构件界面的特征长度，L为波长)。
      Morison公式对于小结构物，波浪的拖曳力和惯性力是主要分量，波浪载荷用Morison公式计算。Morison公式如下，其中包括相对运动的影响：F=k2(M-d Ca)a-k2d (Ca+I)x+ikB(x-a)+fc+fg+fb 式中：k为入射波频率；d为水密度； 为Morison单元的排水体积；M为3×3的惯性质量对角阵；Ca为3×3的附加质量系数对角阵；I为3×3的单位矩阵；B为线性的粘性阻尼矩阵；x为入射波场的复值幅；a为运动复值幅；fc波动静水回复力；fg为波动重力；fb为波动浮力。对于固定结构的确定性分析，如小尺度柱桩，Morison公式简化为F=d (1+Ca)v +12deCDv|v|式中：CD为3×3拖曳力系数对角阵；e为Morison单元投影面积；v为与柱正交的相对速度。
      对于大结构物，入射波受物体影响将产生严重的绕射或反射，波浪的惯性力和绕射力是主要分量，而边界层的分离并不明显。为使问题简化可用势流理论描述其流动状态。当入射波波高与波长之比为小量，则可用线性理论使问题进一步简化。
      在进行船舶及海洋工程的结构和流体动力分析时，DNV /SESAM综合程序系统是常用软件之一。SESAM的一大特点是功能模块化，不同的子程序模块分别完成模型建立、环境分析、结构分析、结果处理等功能。环境分析模块包括计算导管架下水的LAUNCH，计算船体波浪载荷的WAVESHIP，计算框架结构波浪载荷的WAJAC，计算一般结构波浪载荷的WADAM。WADAM全称为WaveAnalysis byDiffraction andMorison Theory，指基于绕射和Morison理论的波浪分析，用于计算任意形状固定式或浮动式结构的波浪-结构相互作用，例如半潜式平台、张力腿平台、重力基结构等。WADAM的详细分析功能由如下部分组成：(1)静压数据和惯性属性的计算。(2)总体响应的计算：一阶、二阶波浪激励力和弯矩，水动力附加质量和阻尼，刚体运动，剖面力和弯矩，常数漂移力和力矩，内部容舱压力。(3)多体系统的特定总体响应计算。(4)为进行后继结构分析，将载荷自动传递给有限元模型：惯性载荷，用于结构梁元分析的线载荷，用于结构壳/固体元分析的压力载荷，自由面的压力载荷等。
 

                                                                                专业从事有限元分析公司│有限元分析│CAE分析│FEA分析│技术服务与解决方案
                                                                                                                                                      杭州那泰科技有限公司
                                                                              本文出自杭州那泰科技有限公司www.nataid.com，转载请注明出处和相关链接！