系泊缆索动力分析数值方法研究

论文摘要

环境载荷复杂性、系泊材料特异性及系缆构型特殊性导致了系泊系统分析涉及流固耦合非线性、流体动力非线性及整个系泊系统的运动稳定性问题。缆索的动力分析是系泊系统可靠性分析和运动时历模拟的基础。本文以离岸系泊系统为研究对象,对系泊缆索的动力分析的数值方法进行研究,总结分析各种方法的适用性,优缺点。针对本文研究对象的特点确定了以有限差分技术为基础的求解方法。基于上述问题,本文开展以下几方面工作:1、系泊缆索动态特性总结分析通过本文研究的系泊缆索在特定工作形式下的受力特征,分析总结其动态特性。2、系泊缆索动力分析的方法总结通过汇总当前系泊缆索动力分析的各种方法,并结合系泊缆索的动态特性,总结出适合于本文分析的各种方案。3、系泊缆索动力响应方程推导针对本文研究的系泊缆索的动态特性,进行了缆索动力方程求解格式的推导。4、运动方程数值求解格式的确定及算法分析针对本文提出的方程格式,结合各种计算方案,确定了方程求解的数值方法。5、实际应用中各种情况的考虑对实际应用中各种情况(如非线性因素)的处理进行了探讨。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 国外研究的现状
• 1.2.2 国内研究的现状
• 1.3 本文主要工作简介
• 第2章 系泊系统概述及缆索动态特性分析
• 2.1 概述
• 2.2 系泊系统的形式
• 2.2.1 系泊系统分类
• 2.2.2 离岸定位系泊的分类及布置形式
• 2.3 系泊缆索组成及性能
• 2.3.1 缆索组成部分
• 2.3.2 锚泊线性能的比较
• 2.4 缆索受力及响应特性
• 2.5 适应性分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 系泊缆索动态响应计算的数值方法
• 3.1 概述
• 3.2 缆索力学模型及控制方程的建立
• 3.2.1 坐标系定义
• 3.2.2 系泊缆索控制方程
• 3.3 非线性有限单元法
• 3.3.1 有限单元法思想
• 3.3.2 缆索单元离散及其控制方程
• 3.4 有限差分法
• 3.4.1 中心差分法
• 3.4.2 Houbolt 法
• 3.4.3 Park 强稳定法
• 3.5 其他方法
• 3.5.1 Newmark 法
• 3.5.2 Wilson-θ法
• 3.5.3 集中质量法
• 3.6 方法适用性分析
• 3.7 本章小结
• 第4章 非线性动力方程求解的有限差分技术
• 4.1 概述
• 4.2 方程求解形式的提出
• 4.3 差分格式的确定
• 4.3.1 一阶偏微分方程组的差分格式
• 4.3.2 二阶偏微分方程的差分格式
• 4.4 各种非线性因素的考虑
• 4.4.1 几何非线性
• 4.4.2 材料非线性
• 4.4.3 载荷非线性
• 4.4.4 边界非线性
• 4.5 本章小结
• 第5章 缆索动力分析的数值实现
• 5.1 概述
• 5.2 运动浮体扰动下的动态响应
• 5.3 参数敏感度分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢