1. 研究目的与意义（文献综述）
(1) 研究目的及意义
随着海洋资源的开采走向深海，海上平台需要面对更加恶劣的海洋环境，因此，要求平台的质量更大，结构更强，而如何安装这些大型平台成为海洋工程施工的重要挑战[1]。海洋平台上部组块的重量已由最初的几百吨发展到现在的几万吨以上，而目前大型起重船的最大起重能力在1万吨左右，起重船起重能力的增长速度远远跟不上上部组块重量的增长速度，因此，传统的吊装法不再适用于大中型平台上部组块的安装[2]。各国海洋工程公司不断探索新的平台组块安装方法，20世纪70年代平台组块浮托安装技术应运而生。组块浮托安装是利用运输驳船将整体建造和调试完成的上部组块在海上实施干拖（dry tow），到达安装地点后，待海况条件允许，结合潮差变化和调节驳船压载或机械提升将组块重量转移到预先安装好的平台下部结构上[3]。1977年，英国brown root公司开发了hideck浮托安装技术，是世界上最早的组块浮托安装技术[4]。1981年，浮托安装技术第一次应用在开放水域，在ekoundou油田成功安装重达1600吨的平台组块[5]。这次安装证明了浮托安装技术可以应用于开放水域海洋平台组块的安装，随后浮托安装技术发展十分迅速，国外目前已成功实施了几十个海洋平台组块的浮托安装。2005年，中国海洋石油股份有限公司首次引进浮托安装技术在渤海南堡35-2油田成功安装重达7200t平台组块，随后我国利用浮托技术成功安装了十多个大型平台组块[6]。
海洋平台浮托安装基本作业程序可分为作业船舶就位、进船作业、载荷转移和对接等三个阶段[7]。在安装过程中，驳船在风、浪、流等环境载荷的作用下产生运动，组块、驳船、导管架桩腿之间会发生碰撞，通常需要安装缓冲装置如桩腿对接装置（leg mating unit-lmu）、甲板支撑装置(deck supportunit-dsu)和护舷[8]。安装过程中，驳船过大的运动不利于上部组块插尖(stabbing cone)与导管架(jacket)桩腿套筒的对接，产生的碰撞力可能会造成海洋平台结构损伤，从而导致组块安装失败，带来巨大的经济损失。本毕业论文通过建立只考虑垂荡运动（heave）的组块-驳船-下部结构耦合的动力模型，对浮托安装过程中不同组块重量转移阶段驳船与组块的非线性运动响应和结构间的碰撞力进行分析，研究不同波浪条件和不同缓冲装置参数对浮托安装性能（运动响应和结构碰撞力）的影响。
2. 研究的基本内容与方案
（1）研究的基本内容
- 通过文献调查，掌握安装驳船的频域和时域水动力分析方法；
- 掌握传统碰撞理论，研究多物体间的碰撞问题；
- 熟练掌握Matlab编程语言，建立只考虑垂荡运动的组块-驳船-平台下部结构耦合的时域数值分析模型；
- 分析不同浪况下组块-驳船-桩腿系统的碰撞力和运动响应，并研究碰撞缓冲装置（LMU和DSU）的设计参数对浮托安装非线性动力响应的影响；
- 分析不同组块重量转移阶段，浮托安装的非线性动力响应。
（2）研究目标
本毕业论文以Chen等[10]的研究为基础，通过建立只考虑垂荡运动的浮托安装数值分析模型，考虑组块插尖与导管架桩腿通过LMU的垂向碰撞和组块与驳船通过DSU的垂向碰撞，分析浮托安装系统在不同浪况条件下（考虑不同波高、周期、浪向的规则波一阶波浪力）和不同组块重量转移阶段（0%、25%、50%、75%和100% ）的非线性动力响应，并分析LMU和DSU（承载力、刚度系数、阻尼等）对浮托安装动力响应的影响，为浮托安装工程设计，提供一些参考。
（3）拟采用的技术方案及措施
①模型选取：本毕业论文中的模型为Chen 等[10]所采用的驳船组块模型，其中模型具体数据如下：
| 驳船质量MB（t） | 4.59×104 |
| 上部组块质量（t） | 2.02×104 |
| 垂荡刚度系数(KN/m) | 9.37×104 |
| DSU刚度系数(KN/m) | 3.97×106 |
| LMU刚度系数（KN/m） | 6.5×105 |
②海况选取：
波高变化：H=0.5 m, 0.75 m,1.0 m,1.25 m,1.5 m, 2.0 m，入射角为0°；
周期变化：T=4 s,6 s,8 s,10 s,12 s，14 s,波高为1.0 m,入射角为0°；
入射角变化：λ=0°，45°，90°，135°，180°,波高为1.0 m 。
③具体步骤[17-19]：
- 根据组块重量转移不同阶段驳船的吃水，通过 Gambit画出驳船湿表面的面网格，并导出网格文件，为驳船水动力频域分析提供基础；
- 用基于势流理论的三维水动力软件DIFFRACT计算不同海况下驳船模型的水动力系数（附加质量系数、附加阻尼系数）和一阶波浪力；
- 根据频域计算结果，利用MATLAB软件编程，建立基于Cummins方程的常系数时域模型，采用状态空间模型取代计算费时的卷积项；
- 基于建立的常系数时域模型，利用传统碰撞理论模拟结构间的碰撞，建立组块-驳船-下部结构的垂向非线性耦合模型，并计算LMU和DSU的非线性动力载荷和驳船与组块的运动响应。
3. 研究计划与安排
| 任务编号 | 任务内容 | 时间节点 |
| 1 | 文献调查 | 第1-3周 |
| 2 | 浮托法平台安装的技术难点分析 | 第4周 |
| 3 | 安装驳船的水动力频域分析 | 第5周 |
| 4 | 基于Cummins方程的水动力时域分析 | 第6周 |
| 5 | 建立时域碰撞模型 | 第7-8周 |
| 6 | 分析驳船与上部组块的碰撞和上部组块与平台下部结构的碰撞 | 第9-10周 |
| 7 | 碰撞减震装置（Leg Mating Unit and DeckSupport Unit）的设计与分析 | 第11周 |
| 8 | 不同海况条件下浮托法安装的碰撞力和运动响应分析 | 第12周 |
| 9 | 完成毕业设计论文 | 第13-14周 |
4. 参考文献（12篇以上）
[1] 张鼎,陈刚,杨建民 .荔湾3-1上部组块浮托安装实测研究[j].海洋工程,2014,06:31-40.
[2] 范模,李达,马巍巍,等. 南海超大型组块浮托安装的关键技术[j].中国造船,2011,z1:132-139.
[3] ramzan f. a., rawstronp. j. m. installation techniques for integrated decks[c]. international maritime innovation symposium.new york, 1984.
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