深海浮式結構物系泊系統(tǒng)的非線性時域分析.pdf

1、隨著人們對深海油氣資源的渴求日趨迫切，深海油氣開發(fā)的相關技術也得到了不斷的發(fā)展。其中深海平臺作為油氣采集、儲存直至加工的樞紐，更是發(fā)展的重點。深海平臺在波浪上的運動性能是平臺設計的核心指標之一。系泊系統(tǒng)和立管系統(tǒng)等撓性部件作為海洋平臺定位及油氣輸運的核心設施，其運動及力學性能同樣倍受關注。在系泊系統(tǒng)定位過程中，系泊系統(tǒng)和浮體發(fā)生相互作用。系泊系統(tǒng)作用在浮體上的拉力影響著浮體運動，而反過來，浮體的運動又影響著系泊系統(tǒng)所提供的回復力大小。同

2、樣立管系統(tǒng)也不可避免地與平臺發(fā)生相互作用。三者共同決定了浮體運動及各撓性部件的動力響應。在理論研究中，時域耦合動力分析能更真實地反應浮體的運動響應及系泊纜索的張力情況，對減小海洋結構物的工程風險、提高其可靠性評價準確度有著十分重要的意義。
　　 本文基于浮體在波浪上的運動理論、時域GREEN函數(shù)方法、頻域GREEN函數(shù)方法和FFT方法，開發(fā)了求解浮體六自由度時域運動的計算程序；根據(jù)經(jīng)典細長桿件理論及錨泊線理論，自主開發(fā)了撓性部件

3、的三維時域有限元計算程序。并以此為基礎開發(fā)了浮式結構物及其撓性部件系統(tǒng)的完全時域耦合計算程序。本文對在波浪中運動的浮標的水動力系數(shù)和波浪力以及運動響應進行了計算，通過與文獻結果的比較，驗證波浪載荷及浮體運動計算程序的可靠性。對于撓性部件，分別就幾何非線性、材料非線性單獨進行了驗證，并對綜合了除材料非線性外的其他非線性要素的動態(tài)問題進行了考察驗證。對于浮體與撓性部件系統(tǒng)的耦合分析，通過與模型實驗結果的對比，證明了數(shù)值模型的可靠性。

4、　　 纖維纜由于其輕質、無腐蝕等特點，近年來在海洋工程中得到了廣泛地應用。但由于纖維材料非線性特性的復雜性，常規(guī)方法已不能準確預報其動力響應。為此，在本文的研究中，在推導出纖維纜控制方程后，再根據(jù)相關的材料非線性特性對纖維纜的剛度、應變進行實時計算。
　　 纖維纜的材料非線性，體現(xiàn)在其應力應變關系上，在纜索動力學中，反映在應變與纜內張力之間的關系上。準確模擬數(shù)值計算過程中的應變與張力的關系，是纖維纜動力計算的關鍵問題。本文針對

5、纖維纜的動力特性，通過理論研究發(fā)現(xiàn)，除動態(tài)剛度外，纖維纜的殘余應變對準確模擬纖維纜的動力特性起著重要作用，并依據(jù)本文理論推導的結果，給出了纖維纜動態(tài)剛度及相應的殘余應變的估值方法。發(fā)現(xiàn)使用該方法可大大縮短計算時間，并且提高了計算的準確性。
　　 全面地研究了系泊系統(tǒng)的勢能、動能等能量成分及錨泊阻尼的能量耗散作用。從能量的觀點出發(fā)，考察了錨泊線在不同張力水平下，各張力成分所其作用大小，為錨泊線的設計提供了理性的參考。在設計階段，依