随着海洋油气开发持续向深水推进,适用于深海作业的张力腿平台越来越受到重视。张力腿平台在位时被绷紧的张力腿限位半潜于海洋中,与海洋中的流体相互作用,引起平台本体六个自由度运动以及立管多模态运动。特别是当立管在起下作业或遭遇恶劣海况处于悬挂状态时,其受激产生的复杂运动对立管安全性有重大影响。平台本体和处于悬挂状态的立管受激产生的运动响应按响应周期范围分为长周期、波周期和短周期运动。其中,张力腿平台本体和立管的短周期运动与临近波频引发的结构共振和结构疲劳问题密切相关,对平台的稳定运行有重大威胁,对其加以约束控制,使平台短周期运动分布在合理区间对平台的安全服役有重大意义。张力腿平台处于同一响应周期量级的短周期运动响应主要由两部分组成:一是平台本体与波浪的相互作用产生的横摇(横摇与纵摇近似相等,不区分二者区别)和升沉运动;二是处于悬挂状态的立管与波浪和流的相互作用产生的运动,包括波激励的运动和流激励的运动。本文主要围绕对某张力腿平台本体和处于悬挂状态的立管的短周期运动响应特性及影响因素展开研究,建立数值预报模型和试验预报模型,以两个预报模型中的重要参数为影响因素,分析影响因素对短周期运动响应特性的影响。基于影响规律和短周期运动敏感区域,建立参数约束域,在方案设计阶段,绕开对应敏感运动区域的约束区域在可行域范围内确定平台和立管参数,使得张力腿平台自然而然具备满足短周期运动约束条件的运动性能,实现对平台短周期运动的预先控制。本文在对平台本体的短周期运动响应特性的研究中,采用构建简化模型的方法,分别以稳定性理论和统计过程控制理论为基础,针对平台本体横摇、升沉运动建立了横摇固有周期和有效波面升高数值预报模型,用于研究和短周期运动相关的横摇固有周期和气隙响应特性。分析了以数值预报模型中的重要参数作为影响因素对横摇固有周期和气隙的影响。横摇固有周期对平台重量、横摇阻尼较敏感;初始静气隙、海况条件对气隙的影响较大。基于影响规律和短周期运动敏感区域,建立平台本体参数约束域,用于指导平台本体的设计。本文在对处于悬挂状态的立管的短周期运动响应特性的研究中,采用构建立管简化模型进行试验研究的方法,建立了悬挂状态立管模型在频域中以波载荷和流载荷为函数的运动响应试验架构和短周期运动响应特性的预报模型。研究了以载荷输入条件和PTC影响的边界层分离位置作为影响因素对立管模型短周期运动响应特性的影响。将运动响应特性频域化和KC域化,得到立管模型在波浪和流中的载荷优势图和幅值响应RAO。载荷输入条件、PTC的类型和位置影响的边界层分离对短周期运动的影响较大,载荷类型对短周期运动的影响很大。对于悬挂状态立管模型,流在低频控制着小幅值运动,波浪在高频控制着大幅值运动,波浪控制着的运动响应在幅值特性上处于优势地位。基于影响规律和短周期运动敏感区域,建立立管参数约束域,用于指导立管的设计。本文着眼于张力腿平台本体和处于悬挂状态的立管由非线性效应引起的复杂短周期运动响应,借助试验手段和建立数值模型预报其短周期运动响应特性,分析了平台尺寸、重量、阻尼和载荷条件、边界层分离等影响因素对张力腿平台短周期运动响应特性的影响。将影响规律和敏感运动区域以平台参数和立管参数为函数建立为参数约束域,指导处于悬挂状态的立管和平台的设计,预先控制张力腿平台的短周期运动,避免短周期敏感运动的发生,消除短周期敏感运动对平台安全运行的威胁。