极端海况下张力腿平台筋腱振动特性数值预报研究
摘要
筋腱作为连接张力腿平台本体与海底设备的关键结构，其在预张力的作用下时刻处
于绷紧状态，保持了平台在垂直面上的刚性，是平台在极端海况下生存和作业的重要保
障。由于筋腱的作业环境复杂，在平台运动引起的强迫激励和参数激励以及外部环境载
荷的共同作用下会产生较为复杂的振动现象，易使筋腱结构产生损坏。因此，开展极端
海况下筋腱的振动特性研究，准确地对筋腱的振动情况进行预报，不仅可以为筋腱的设
计提供数据的参考，而且对海上石油工业的安全性和经济性都具有重要意义。
本文基于“十三五”国家科技重大专项的“海外重点区勘探开发关键技术研究”项目，
以西非张力腿平台的筋腱作为研究对象，采用有限元分析软件SESAM，结合三维势流
理论和Morison方程，应用时域全耦合方法，建立了张力腿平台本体与筋腱系统、立管
系统耦合的数值预报模型，基于有限元法和Newmark-β方法开展了极端海况下张力腿
平台筋腱振动特性的数值预报研究。本文在充分验证数值预报方法后，主要研究了筋腱
的强迫振动和参激振动特性，并在此基础上，探究了极端海况下计及张力腿平台的下沉
效应的筋腱的振动规律。在本文的研究中，重点考虑了二阶波浪载荷对筋腱振动响应和
张力的影响。
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从数值预报结果得出：载荷风浪流同向入射角为°、强迫振动（张力腿平台发生
纵荡或横荡）时，筋腱的振动频率以波频为主频。筋腱振动响应随入射角的增加先增大
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后减小，入射角为°时平面内响应最大。与强迫振动相比，参激振动（平台垂荡的影
响下）时筋腱振动响应也是以波频为主频振动，但振动响应幅值较小；预张力增大会引
起筋腱的固有频率增大，振动响应随预张力的增长振幅减小。下沉效应的影响使筋腱的
Z1
振动幅值明显增加，尤其使方向的振幅增加倍以上。二阶波浪和频力作用下，筋腱
Z方向的振动响应变化非常明显，振幅增加10%以上，筋腱张力幅值增加70%以上，但
张力均值基本不变，同时刚度幅值也明显增加。平均波浪漂移力和二阶差频力使筋腱的
水平方向偏移和振动幅值显著增加。采用APIRP2T规范校核筋腱的强度，获悉本平台
筋腱强度满足规范要求。
关键词：张力腿平台；筋腱；振动特性；极端海况；数值模拟
极端海况下张力腿平台筋腱振动特性数值预报研究
ABSTRACT
Asthekeystructureconnectingthetensionlegplatformbodyandthesubseaequipment,
thetendonisinatensestateatalltimesundertheactionofpre-tension,whichmaintainsthe
rigidityoftheplatformintheverticalplane,andisanimportantguaranteeforthesurvivaland
operationoftheplatforminextremeseaconditions.Duetothecomplexoperatingenvironment
oftendons,complexvibrationphenomenawillbegeneratedunderthecombinedactionof
forcedexcitation,parametricexcitationcausedbyplatformmovementandexternal
environmentalload,whichiseasytodamagetendons.Therefore,thestudyoftendonvibration
characteristicsunderextremese