深水起重吊缆运动响应特性研究

摘要

深水吊缆是水下吊放系统不可或缺的一部分，而水下模块安装吊放是海洋油气资源开发中的常见作业模式，随着开发水深的增加和吊装作业精度要求的不断提高，水下吊装的作业范围由浅水不断往深水推进。深水及重载时吊缆在外部激励下的运动响应，特别是垂向运动，会与工作母船的运动响应呈现很大不同，业已成为水下模块吊装精确定位与构件准确安装的最大障碍。为保证水下吊装作业安全顺利实施，开展深水吊缆运动响应特性方面的研究，主要在以下几个方面进行了探讨。
　　基于深水吊缆的完全挠性特性假设，建立了吊缆的静力学模型，与文献中的吊缆张力计算结果相比，验证了模型的正确性，分析了在吊有不同吊载时Dyneema缆的吊缆张力随吊缆长度的变化情况。
　　针对深水吊装中稳定吊放这一过程，探究吊载在垂向上的运动响应规律。忽略次要因素，将问题简化为单自由度问题，在此基础上建立了深水吊缆的连续模型，推导了吊缆的控制方程，将由于吊缆长度持续变化带来的动边界问题转化为定边界问题，采用有限差分法进行数值求解。将理论计算预报结果与已有的实验数据进行对比，验证了此方法的可靠性。取外激励为简谐振动，对不同工况进行理论计算，据此分析了吊放速度以及激励频率对吊载垂向运动响应的影响。
　　针对吊载在固定吊深工作或者安装的这一过程，探索吊载的运动响应规律。基于推广的三维集中质量法，考虑深水吊缆与系泊缆索在实际工作中的区别，建立了吊缆在空间中的集中质量-弹簧模型，并研究推导了该模型下对应的控制方程，给出了吊载作为自由端的边界条件。应用四阶龙格-库塔法在时域上求解吊载系统的运动响应。通过理论计算与已有的实验数据对比，验证了此方法的可靠性。分析计算了不同工况下吊缆的运动响应，分析了吊缆长度，外激励等因素对吊载运动响应的影响。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 本文研究的目的和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 深水吊装过程介绍

1．4 本文主要工作

第2章 深水吊缆静力学建模与分析

2．1 概述

2．2 深水吊缆材料

2．3 深水吊缆静力学建模

2．4 吊缆张力分析

2．5 本章小结

第3章 稳定吊放过程运动响应分析

3．1 概述

3．2 建立单自由度模型

3．2．1 控制方程

3．2．2 边界条件

3．2．3 初值条件

3．3 有限差分法求解

3．4 稳定吊放过程运动响应计算分析

3．4．1 方法验证

3．4．2 计算分析

3．5 本章小结

第4章 固定吊深运动响应分析

4．1 概述

4．2 建立三维集中质量．弹簧模型

4．2．1 建立总体坐标系

4．2．2 控制方程

4．2．3 边界条件

4．2．4 初值条件

4．3 四阶龙格库塔法求解

4．4 固定吊深运动响应计算分析

4．4．1 方法验证

4．4．2 计算分析

4．5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢