考虑松弛-张紧效应时深海Spar平台系缆的冲击张力研究

摘要

深海平台的定位采用系泊缆绳，缆绳在周期载荷的作用下可能会出现冲击张力，冲击张力对缆绳的破坏作用很大，导致平台不能正常作业，因此，探索系泊缆绳的冲击张力对于深海Spar平台的设计开发具有重要的理论和工程意义。
　　 本文根据缆绳的受力平衡，并考虑其弹性变形，建立缆绳的静态模型。基于缆绳的静态平衡构形，采用能量法，建立缆绳的非线性运动方程。分析缆绳所承受的外力，根据Morison方程来计算作用在缆绳上的水动力。考虑缆绳的边界条件和缆绳的冲击张力效应，采用Galerkin方法模拟缆绳的运动，采用Runge-Kutta方法求解运动方程，编制了深海缆索动张力计算的Fortran程序。
　　 本文计算了1500米水深情况下一端固定，另一端受到简谐位移激励的单根缆绳的冲击张力，缆绳长度为2000米。研究激励幅值、激励频率、拖曳力系数、弹性模量等因素对缆绳动态张力的影响，并引入动力放大系数来描述最大张力的变化规律。
　　 研究表明，缆绳张力随着激励幅值和频率的增大而线性增大，当激励幅值和激励频率达到一定值时，缆绳的最大张力急剧增大，最小张力减小为0，缆绳会出现交替的松弛—张紧现象，并因此导致缆绳速度的突变。同时，系泊缆绳的最大张力随着切向拖曳力系数的增大而减小，并且减小的趋势逐渐衰减；系泊缆绳的最大张力随弹性模量的增大而非线性增大。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1问题研究的背景及意义

1.2 Spar平台的基本构造及其优点

1.2.1 Spar平台的基本构造

1.2.2 Spar平台的优点

1.3平台的分类及发展现状

1.3.1第一代Spar平台——Classic Spar

1.3.2第二代Spar平台——Truss Spar

1.3.3第三代Spar平台——Cell Spar

1.4深海平台的系泊系统

1.4.1钢制悬链线系泊系统

1.4.2张紧式系泊系统

1.4.3系泊缆材料及其特性

1.4.4系缆张力计算模型

1.4.5系缆冲击张力的研究

1.5本文研究的主要内容

第二章 系缆模型的建立

2.1缆绳的静态模型

2.2缆绳的动态模型

2.2.1变分原理

2.2.2哈密顿原理

2.2.3缆的理论模型

2.2.4缆绳的能量分析

2.3运动方程

2.3.1建立缆绳的运动方程

2.3.2运动方程的简化

2.4缆绳上的外力系统

2.4.1缆绳上的流体作用力

2.4.2缆绳的端点激励

2.5本章小结

第三章 系泊缆绳静态计算与分析

3.1系泊缆绳静态构形

3.2深海缆绳的运动方程

3.3非线性缆绳运动方程的数值求解

3.3.1迦辽金方法(Galerkin)介绍

3.3.2数值求解推导

3.4本章小结

第四章 缆绳运动响应及冲击张力分析

4.1缆绳运动响应计算

4.2缆绳动态张力计算及结果分析

4.2.1端点位移激励下的缆绳张力时间历程响应

4.2.2激励幅值对缆绳动态张力的影响分析

4.2.3激励频率对缆绳动态张力的影响分析

4.2.4拖曳力系数对缆绳动态张力的影响分析

4.2.5弹性模量对缆绳动态张力的影响分析

4.2.6缆绳长度对缆绳动态张力的影响分析

4.3冲击张力对缆绳运动响应的影响分析

4.4本章小结

第五章 全文总结

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢