波浪载荷作用下系泊-浮体结构非线性随机振动分析方法研究

摘要

随着浅海油气储备的枯竭，深海石油开采已成大势所趋，然而深海开发有许多的技术上的难题，浮体结构的动态响应分析就是其中之一。主要原因在四个方面：1.系泊在深海中的动力学行为变得更加明显。2.系泊和浮体的动力学响应在两个不同的时间尺度上。3.除了入射波频引起的振动以外，二阶波浪力引起浮体的低频振动非常明显。4.低频和波频运动通过系统的非线性耦合，为保证系泊-浮体结构动力学分析的可靠性和准确性必须进行全耦合分析。但是传统的时域全耦合分析计算成本极高。所以为了解决这些问题，本文从非线性问题和全耦合频域分析两部分入手开展了如下内容研究：
　　首先，介绍了系泊-浮体结构，系泊-浮体结构关系的主要物理量，及力学分析的基本方法，并对不同耦合关系进行梳理、分类，以及系泊-浮体完全耦合分析的必要性进行了论述。
　　其次，从非线性随机振动出发，运用等效线性化法结合虚拟激励，计算分析了多自由度 Duffing系统平稳随机振动。并与 Monte-Carlo法对比，结果吻合，进一步借助Bouc-Wen模型，分析滞迟系统平稳随机振动。建立半悬架汽车非线性动力学方程，并利用等效线性化和虚拟激励法求解，得到悬架质量和非悬架质量功率谱变化趋势。
　　再次，详细分析系泊-浮体结构各种主要耦合关系并建立数值关系。建立简化模型的动力学方程，等效线性化处理存在的非线性关系，推导得到系泊-浮体结构的平均、低频、波频动力学方程。结合虚拟激励法在频域求解动力学方程，并对非线性参数进行讨论，深入理解系泊缆拖曳力非线性问题。通过耦合和非耦合分析的对比，深入讨论了各种耦合关系对系泊-浮体结构的重要影响。
　　最后，运用商用有限元软件对浮体-系泊模型的有限元模型（系泊-浮体结构）在时域进行分析计算。此模型的计算依靠AQWA软件，对某工程实际问题的计算，按照不同波浪方向将其分成两种工况，并对比分析结果得到结论。其中一部分结论也佐证了本文的研究成果。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 系泊浮体结构的组成

1.3 系泊-浮体结构的基本研究方法及研究现状

1.4 本文工作

2 非线性随机振动分析的等效线性化方法

2.1 等效线性方法的一般原理

2.2 基于虚拟激励法的等效线性化分析

2.3 Duffing系统的平稳随机振动分析

2.4 滞迟系统的平稳随机振动分析

2.5 本章小结

3 波浪载荷下系泊-浮体结构随机振动分析

3.1 系泊-浮体耦合结构简化力学模型

3.2 系泊-浮体耦合结构的随机载荷分析

3.3 系泊-浮体结构全耦合频域分析

3.4 本章小结

4 某铺管船（系泊-浮体结构）时域耦合分析

4.1 系泊-浮体结构时域分析方法

4.2 数值分析

4.3 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢