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海洋平臺(tái)在建造和使用期間承受的環(huán)境載荷指由風(fēng)、波浪、海流、海冰、水溫及氣溫、潮汐、地震等自然環(huán)境引起的載荷。波浪載荷是平臺(tái)強(qiáng)度分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與安全評(píng)估中一個(gè)非常重要的載荷之一，正確計(jì)算波浪載荷對(duì)結(jié)構(gòu)安全性具有重要意義。
在風(fēng)浪作用下，半潛式平臺(tái)始終處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，因此對(duì)平臺(tái)的載荷進(jìn)行計(jì)算是一個(gè)非常復(fù)雜的動(dòng)力問題，難于精確計(jì)算。目前普遍使用的方法是將動(dòng)力問題轉(zhuǎn)化為準(zhǔn)靜力問題來處理，從而在滿足工程精度要求的前提下簡(jiǎn)化計(jì)算。
波浪是一個(gè)隨機(jī)的過程，而平臺(tái)強(qiáng)度有限元分析需要得到確定的結(jié)果，所以需要采取一定的分析方法對(duì)波浪載荷進(jìn)行處理。目前的方法主要有譜分析法和設(shè)計(jì)波法，設(shè)計(jì)波法應(yīng)用較多。設(shè)計(jì)波法是根據(jù)平臺(tái)工作地區(qū)的環(huán)境條件和設(shè)計(jì)的要求，選取平臺(tái)可能遇到的最大的波浪作為設(shè)計(jì)波，規(guī)范通常規(guī)定使用百年一遇的最大規(guī)則波，然后計(jì)算平臺(tái)在設(shè)計(jì)波作用下的運(yùn)動(dòng)、載荷和構(gòu)件應(yīng)力，并根據(jù)規(guī)范的強(qiáng)度要求校核平臺(tái)的結(jié)構(gòu)安全性。
作用在物體上波浪誘導(dǎo)的載荷是由于波浪產(chǎn)生的壓力場(chǎng)引起，一般波浪誘導(dǎo)載荷分為三種：拖曳力、慣性力和繞射力。拖曳力是物體造成水流的擾動(dòng)引起的；慣性力包括兩部分，一是入射波壓力場(chǎng)引起的作用力，二是流體的慣性引起的附加質(zhì)量力；繞射力是波浪受物體影響發(fā)生繞射引起的作用力。波浪誘導(dǎo)載荷各分量對(duì)于具體的結(jié)構(gòu)物而言并非同等重要，其影響程度取決于結(jié)構(gòu)物的型式和尺度以及所選取的波浪狀況等。
海洋工程結(jié)構(gòu)中，通常對(duì)大尺度結(jié)構(gòu)和小尺度結(jié)構(gòu)采取不同的方法計(jì)算波浪載荷。所謂大小結(jié)構(gòu)之分是相對(duì)波浪的尺度而言，并無絕對(duì)界限，一般以D/L≤0.2作為小結(jié)構(gòu)物(D為構(gòu)件界面的特征長(zhǎng)度，L為波長(zhǎng))。
Morison公式對(duì)于小結(jié)構(gòu)物，波浪的拖曳力和慣性力是主要分量，波浪載荷用Morison公式計(jì)算。Morison公式如下，其中包括相對(duì)運(yùn)動(dòng)的影響：F=k2(M-d Ca)a-k2d (Ca+I)x+ikB(x-a)+fc+fg+fb 式中：k為入射波頻率；d為水密度； 為Morison單元的排水體積；M為3×3的慣性質(zhì)量對(duì)角陣；Ca為3×3的附加質(zhì)量系數(shù)對(duì)角陣；I為3×3的單位矩陣；B為線性的粘性阻尼矩陣；x為入射波場(chǎng)的復(fù)值幅；a為運(yùn)動(dòng)復(fù)值幅；fc波動(dòng)靜水回復(fù)力；fg為波動(dòng)重力；fb為波動(dòng)浮力。對(duì)于固定結(jié)構(gòu)的確定性分析，如小尺度柱樁，Morison公式簡(jiǎn)化為F=d (1+Ca)v +12deCDv|v|式中：CD為3×3拖曳力系數(shù)對(duì)角陣；e為Morison單元投影面積；v為與柱正交的相對(duì)速度。
對(duì)于大結(jié)構(gòu)物，入射波受物體影響將產(chǎn)生嚴(yán)重的繞射或反射，波浪的慣性力和繞射力是主要分量，而邊界層的分離并不明顯。為使問題簡(jiǎn)化可用勢(shì)流理論描述其流動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)入射波波高與波長(zhǎng)之比為小量，則可用線性理論使問題進(jìn)一步簡(jiǎn)化。
在進(jìn)行船舶及海洋工程的結(jié)構(gòu)和流體動(dòng)力分析時(shí)，DNV /SESAM綜合程序系統(tǒng)是常用軟件之一。SESAM的一大特點(diǎn)是功能模塊化，不同的子程序模塊分別完成模型建立、環(huán)境分析、結(jié)構(gòu)分析、結(jié)果處理等功能。環(huán)境分析模塊包括計(jì)算導(dǎo)管架下水的LAUNCH，計(jì)算船體波浪載荷的WAVESHIP，計(jì)算框架結(jié)構(gòu)波浪載荷的WAJAC，計(jì)算一般結(jié)構(gòu)波浪載荷的WADAM。WADAM全稱為WaveAnalysis byDiffraction andMorison Theory，指基于繞射和Morison理論的波浪分析，用于計(jì)算任意形狀固定式或浮動(dòng)式結(jié)構(gòu)的波浪-結(jié)構(gòu)相互作用，例如半潛式平臺(tái)、張力腿平臺(tái)、重力基結(jié)構(gòu)等。WADAM的詳細(xì)分析功能由如下部分組成：(1)靜壓數(shù)據(jù)和慣性屬性的計(jì)算。(2)總體響應(yīng)的計(jì)算：一階、二階波浪激勵(lì)力和彎矩，水動(dòng)力附加質(zhì)量和阻尼，剛體運(yùn)動(dòng)，剖面力和彎矩，常數(shù)漂移力和力矩，內(nèi)部容艙壓力。(3)多體系統(tǒng)的特定總體響應(yīng)計(jì)算。(4)為進(jìn)行后繼結(jié)構(gòu)分析，將載荷自動(dòng)傳遞給有限元模型：慣性載荷，用于結(jié)構(gòu)梁元分析的線載荷，用于結(jié)構(gòu)殼/固體元分析的壓力載荷，自由面的壓力載荷等。
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