中文摘要：

深水浮体和缆索动力学耦合分析是海洋工程基础共性技术，引起了国内外学者的广泛兴趣，国外受深水开发驱动，将浮体水动力学和缆索动力学理论成果结合，率先开发了一些耦合分析商业软件。国内近年来对深水浮体耦合关键技术进行了较深入研究，取得了很多研究成果。由于浮体耦合分析涉及的学科领域多，尚有诸多问题需探索和完善，其中一个亟需解决问题是现有耦合模型求解耗时，不能满足新型深水浮式平台设计的需要。本课题根据浮体和锚泊缆索/立管等柔性杆件动力学响应耦合模式和特征时间尺度，提出将浮体和柔性杆件划分为两个独立模块,采用异步耦合思想解决两个动力学系统同步求解时引起的机时额外消耗，由此浮体和系泊缆索动力学都按各自的优化时间步长来求解，使耦合分析模拟获最小计算时间，在此基础上采用并行编程研究进一步显著提高计算效率。为此，本课题提炼关键问题，制定了研究内容和详细方案，保证本项目顺利施行。

结论摘要：

本课题对浮体与系泊缆索/立管高效动力耦合分析进行了研究。 当前有两种耦合分析模型，第一种叫做“强耦合”模型，将所有系泊线和立管单元组合在一起加入到平台当中同时求解。第二种叫“弱耦合”模型，该模型主要求解平台运动，考虑耦合时将系泊线和立管水动力、结构载荷加到平台运动方程的右端。 “强耦合”模型优点是容易保证浮体和柔性缆索稳定求解，为当前诸多耦合算法所采用。该模型主要不足是是当浮体/立管/锚泊耦合方程个数增加时，求解耗时。二是动力分析时平台和柔性杆件步长设定一致，不便于效率优化。 “弱耦合”模型将浮体和系泊动力响应独立求解，对浮体和柔性杆件采用不同时间步长分析，给提高求解效率提供了可能。该模型可进一步对各根柔性杆件求解应用并行编程，显著减少计算时间。 本项目基于“弱耦合”模型、采用异步耦合算法分析浮体与系泊、立管动力响应。对于浮体运动采用龙格库塔法求解，采用大步长。对系泊缆索/立管动力响应采用细长杆理论求解，采用小时间步长。在异步耦合基础上，研究了MPI并行计算在缆索动力分析高效求解上的应用。 就异步耦合高效求解，课题进行了深海浮体在风、浪、流环境下动力分析建模，系泊缆索/立管静力和动力分析，浮体和系泊杆件异步耦合算法研究，MPI技术的缆索动力分析并行计算技术研究，编制了深海浮体系泊耦合动力分析程序。针对典型浮式平台FPSO、半潜式平台、SPAR平台、TLP平台开展了动力耦合分析，同国外商业软件AQWA进行了比较，验证了本课题开发耦合算法的正确性。针对该异步耦合分析方法，在702所进行了单点系泊FPSO波浪中总体运动模型试验。项目开发的耦合分析程序数值预报同模型试验符合较好。 项目研究过程中所形成的耦合动力分析软件程序具有自主知识产权，为我国深水装备开发提供了重要的技术支撑，开发的动力耦合分析软件在法国BV船级社完成测试，该软件正在国内多家单位试用，课题发表论文多篇，软件注册权3个，科技成果受到国内外海工届和同行广泛关注。