ГОСТ Р 58773-2019 (ИСО 19901-7:2013) Нефтяная и газовая промышленность. Сооружения нефтегазопромысловые морские. Системы позиционирования плавучих сооружений
9.3 Реакции плавучих сооружений
9.3.1 Методы выполнения анализа
9.3.1.1 Общие сведения
Для определения реакций плавучего сооружения применяют три основных метода:
- подход в частотной области;
- подход во временной области;
- комбинированный подход в частотной и временной областях.
Указанные подходы включают в себя различные степени приближенных значений и допущения и, как следствие, не всегда предоставляют достоверные результаты. Для верификации применяемых подходов целесообразно осуществить проверку систем позиционирования проведением модельных испытаний или применением иного подтвержденного практикой метода.
Вследствие отсутствия утвержденного аналитического метода для определения реакций плавучего сооружения, испытывающего воздействие вихреобразования, необходимо предусматривать проведение модельных испытаний. Тем не менее имеются ограниченные полномасштабные данные для подтверждения масштабируемости модельных испытаний. Если нагрузки от течений и перемещения, вызываемые вихреобразованием, определяются в качестве определяющих факторов, то необходимо выполнять хорошо спланированные модельные испытания для определения амплитуд колебаний и коэффициентов сопротивления для проектирования конструкции системы позиционирования.
9.3.1.2 Подход в частотной области
В этом подходе общие уравнения колебаний, описывающие реакцию сооружения, разделяют и анализируют по отдельности по средней, низкочастотной реакции и реакции с частотой волны. Средние реакции определяют из статического равновесия между установившимся воздействием окружающей среды и восстанавливающим усилием системы позиционирования. Колебания сооружения с частотой волны и низкой частотой определяют с использованием подхода в частотной области, который позволяет получить статистические данные по реакции на колебания. Экстремальные значения, такие как существенные и наиболее вероятные максимальные реакции, определяют на основе пиковых распределений плотности вероятности, см. 9.3.2. В заключение, наиболее вероятные максимальные значения и существенные значения реакций с частотой волны и низкочастотными реакциями объединяются со средней реакцией, формулы (2) и (3), для вычисления комбинированной наиболее вероятной максимальной реакции для указанной продолжительности шторма.
При выполнении анализа частотных характеристик плавучих сооружений, обладающих возможностью совершать вращение вокруг вертикальной оси плавучего одноточечного причала для снижения воздействий ветра, течения и волнения на корпус, должен быть установлен курс постановки. Проектные курсы постановки плавучих сооружений, при которых вычисляются реакции системы позиционирования, следует определять с учетом среднего значения равновесного положения курса и низкочастотного рыскания сооружений. Необходимо учесть более одного курса постановки сооружений, чтобы обеспечить определение его максимального значения в соответствии с 9.8.2.
9.3.1.3 Подход во временной области
В этом подходе общие уравнения колебаний, описывающие комбинированные средние, низкочастотные реакции и реакции плавучего сооружения с частотой волны определяют во временной области. Функции воздействия включают среднее, низкочастотное воздействие и воздействие с частотой волны вследствие воздействия волн, ветра, течения и средств активного управления, при их наличии. Моделирование во временной области содержит уравнения, описывающие поведение плавучего сооружения, якорных линий, райзеров и средств активного управления, а также их взаимодействие. Временные зависимости всех основных параметров реакции (перемещение сооружения, натяжение якорных линий, удерживающие усилия на якорях и т.п.) определяют с помощью моделирования, а результирующие временные зависимости затем обрабатывают статистически для вычисления экстремальных значений. Моделирование во временной области должно быть достаточно продолжительным для получения стабильных статистических значений.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.8.3.1.3 (приложение А).
9.3.1.4 Комбинированный подход в частотной и временной областях
Для упрощения и уменьшения вычислений, на основе моделирования полностью связанных временных и частотных областях, часто используют комбинированный подход во временной и частотной областях. Решения во временной и частотной областях для средних реакций, волновых и низкочастотных реакций могут быть объединены различными способами. При стандартном подходе моделируются средние и низкочастотные реакции (перемещение сооружения, натяжение якорных линий, усилия на якорях и т.п.) во временной области, в то время как реакции на частоте волны решаются отдельно в частотной области. Решение в частотной области в отношении реакций с частотой волны обрабатывается для получения либо статистических экстремальных значений, либо временных зависимостей, которые затем накладываются на средние и низкочастотные реакции.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.8.3.1.4 (приложение А).
9.3.2 Статистические данные по экстремальным значениям
Для анализа во временной области могут определяться соответствующие экстремальные значения в соответствии с положениями А.8.3.1.3 (приложение А).
При проведении анализа в частотной области для явления, которое может быть представлено узкополосным гауссовским процессом, статистические экстремальные данные для меняющегося во времени компонента явления могут быть вычислены на основе стандартного отклонения соответствующего спектра реакций (распределение Рэлея) следующим образом:
, (6)
, (7)
, (8)
где - статистически значимое значение;
- наиболее вероятное максимальное значение;
- наиболее вероятное минимальное значение;
s - стандартное отклонение;
t - продолжительность расчетной ситуации в единицах времени; в отношении продолжительности расчетной ситуации должно быть указано не менее 3 ч;