张力腿平台的波频耦合动力响应分析

摘要

运动性能优劣直接影响着张力腿平台的设计形式以及结构用钢量等等，进而影响着平台的经济效益，是张力腿平台设计的关键所在。张力腿平台的运动响应可以分为波频、低频和高频三个范围，在这三个范围的响应中，系索对平台运动的耦合都是非常重要的。本文从简单的波频运动响应入手，对建立一套进行平台和系索耦合动力分析的方法进行了研究。　　首先根据三维势流理论，给出了求解无航速浮体三维非定常扰动势的定解条件，并采用分布源汇的常值面元法进行求解，计算了浮体的入射波力、绕射波力以及附加质量和阻尼系数。给出了静恢复力系数、大尺度构件粘性曳力系数的计算方法，并采用作功相等原理对曳力项进行了线性化，从而确定了平台波频运动响应的波浪载荷。　　其次，对张力腿系索进行受力分析，建立了系索质点的运动方程。将系索离散成三维弹性梁单元，通过在整个单元长度上应用Galerkin积分建立了系索运动有限元模型的求解方程，并给出了各部分的物理意义。对于微幅运动，将方程线性化，建立了在频域范围内求解的方程。　　最后，根据平台和系索连接点的运动和受力协调，给出了简化为弹簧和三维梁单元模型系索耦合刚度计算公式，建立了平台和系索的耦合运动方程，并进行了求解。

目录

文摘

英文文摘

哈尔滨工程大学学位论文原创性声明

第1章绪论

1.1论文的目的和意义

1.2张力腿平台运动响应的研究领域和发展趋势

1.3论文的主要工作简介

第2章张力腿平台的三维线性波浪载荷计算

2.1概述

2.2三维线性无航速非定常扰动势定解条件的建立

2.1.1坐标系的选取

2.1.2一阶入射波势的描述

2.1.3一阶流场速度势的分解及其定解条件

2.3三维无航速线性非定常扰动势的求解

2.3.1分布源积分方程的建立

2.3.2三维频域格林函数

2.3.3面元法

2.4平台的流体静力和动力载荷

2.4.1平台在规则波中的运动方程

2.4.2平台受到的流体静力载荷与流体静力系数

2.5平台受到的粘性曳力

2.5.1曳力系数计算

2.5.2曳力线性化

2.6本章小结

第3章张力腿平台系泊系统的动力响应

3.1概述

3.2张力腿有限元模型的建立

3.2.1张力腿的受力模型

3.2.2张力腿的有限元离散模型

3.3张力腿运动方程在频域范围内的求解

3.4本章小结

第4章平台本体和张力腿的耦合刚度计算

4.1概述

4.2简化为弹簧的张力腿系统与平台的耦合运动计算

4.2.1简化为弹簧的张力腿系统耦合刚度推导

4.2.1简化为弹簧的系索刚度的线性化

4.3简化为梁单元的张力腿系统与平台的耦合运动计算

4.4本章小结

第5章算例分析

5.1概述

5.2波浪载荷的计算

5.2.1平台湿表面网格的生成

5.2.2平台所受波浪力的计算

5.3耦合系索的平台运动响应计算

5.4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