深水系泊系统动力分析和在浮体运动耦合中的应用研究

摘要

浮动式海洋平台结构作为海洋资源开发的主要工程形式，平台结构与系泊系统在风、浪、流载荷联合作用下的耦合分析一直是人们关注的焦点。本文从系泊系统的动力分析研究方法入手，详细论述了系泊动力分析中的细长杆理论算法，研究了Newmark-β迭代法以进行数值求解，利用几个存在解析解的算例对本文的数值方法进行了系统的验证。针对深水聚酯系泊缆索动力分析问题，本文研究了聚酯材料的粘弹性模型，将其融合到聚酯缆索的运动控制方程中，进行了数值求解和算法验证研究。最后在系泊浮体异步耦合法的基础上，将本文发展的系泊缆索动力分析算法与平台运动程序相结合，实现了深水浮动式平台与系泊缆索动力耦合分析。基于耦合分析程序，对某半潜式平台和单点系泊 FPSO进行了时域耦合分析，数值分析结果同相关商业软件和模型试验进行了验证，验证了本文数值方法。

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第1章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 系泊材料分类概述

1.3 系泊缆索的研究方法

1.4 浮体运动和系泊系统的耦合分析

1.5 本文的主要工作

第2章 基于小变形细长杆理论的有限元算法研究

2.1 小变形细长杆理论模型

2.2 作用在杆上的外载荷

2.3 控制方程离散的有限元算法

2.4 静力问题的求解方法

2.5 静力分析初值的获得

2.6 动力问题的求解方法

2.7 海底边界条件

2.8 本章小结

第3章 数值方法分析和验证研究

3.1 Newmark-β迭代法算例分析

3.2 大幅运动单摆动力分析模拟分析算法验证

3.3 水平均匀杆件水中自由落体算法验证

3.4 一端自由一端强迫振动的悬臂梁动力分析算法验证

3.5 受拉力杆件的强迫振动问题算法验证分析

3.6 本章小结

第4章 粘弹性材料的细长杆理论分析算法研究

4.1 大拉伸变形的细长杆模型

4.2 聚酯纤维材料粘弹性模型

4.3 大拉伸细长杆静力问题的求解方法

4.4 大拉伸细长杆动力问题的求解方法

4.5 粘弹性模型在细长杆理论中的验证

4.6 聚酯系泊缆索粘弹性特性分析

4.7 本章小结

第5章 深水浮体和系泊系统运动响应的异步耦合分析研究

5.1 无航速浮体时域运动方程水动力模型

5.2 浮体和系泊系统动力耦合分析算法

5.3 半潜式平台算例分析验证

5.4 FPSO单点系泊算例分析验证

5.5 本章小结

结论

参考文献

致谢