深水系泊缆绳冲击载荷实验研究

论文摘要

深海平台的系泊系统直接影响到海上生活生产作业的效率和安全。当平台运动时,平台的能量会通过缆绳传向海底,在这个过程中,缆索吸收了大部分能量,特别是当平台运动的幅度较大时,缆绳出现从松弛到张紧的快速变化,引起缆绳内张力的剧增,危及深海平台的生产安全,因此,对深海系泊系统冲击载荷进行实验研究,是十分必要的。本文研究缆绳端部运动条件下,所引起的缆绳动张力的变化规律,尤其大幅快速运动情况下,缆绳的冲击张力。提出了合理的实验方案,开发了端部位移激励装置,可实现不同位移和不同频率的激励,采用力传感器和位移传感器,同时测试缆绳的动位移响应和动张力响应。研究冲击载荷发生的条件和不同因素对于缆张力的影响。作者取3种不同直径,长度分别为22米至40米的缆绳,端部运动激励幅值为12、16、20厘米,频率分别为1.2至3.0赫兹等,考虑缆绳在水中和空气中两种情况,共进行了116组不同条件下的测试,得到了不同情况下的缆绳的动位移和动张力历程响应曲线。分析了缆长、固有频率、位移激励幅值、位移激励频率等多种因素对于缆绳动张力的影响,并讨论了冲击载荷发生地条件,初步探讨了缆绳发生冲击情况下的判别方法。结果表明,缆绳张力随端点激励频率和激励幅值、缆绳直径、缆绳弹性模量的增大而增大,随缆绳长度的增大而减小;缆绳的位移量随着缆绳直径、缆绳弹性模量、激励幅值的增大而增大,随激励频率的增大而减小。在对空气实验和水中实验进行对比分析后得出,在历程张力曲线变得陡峭、张力值急剧增大、张力中出现多倍响应频率成分时,是发生冲击载荷的重要特征。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 系泊系统主要机构
• 1.3 冲击载荷
• 1.3.1 冲击载荷的定义
• 1.3.2 冲击载荷发生的条件
• 1.3.3 国内外对于冲击载荷及系泊张力的实验研究
• 1.4 本文的主要任务
• 第二章 实验研究基本理论及装置简介
• 2.1 采用的实验方案
• 2.1.1 实验研究理论方案
• 2.1.2 实验需要解决的问题
• 2.2 实验模型建立
• 2.2.1 相似关系原则
• 2.2.2 实验采用的模型
• 2.3 实验环境及器材使用
• 2.3.1 实验用拖车及船池
• 2.3.2 水下钢架系统构成
• 2.3.3 数据采集系统
• 2.3.4 拉压力传感器及专用放大器
• 2.3.5 LVDT 位移传感器
• 2.3.6 激振设备及其原理解析
• 第三章 实验准备工作及影响因素验证方法
• 3.1 实验准备工作
• 3.1.1 缆绳长度标定及弹性模量测量
• 3.1.2 激励设备频率换算
• 3.1.3 拉压力传感器标定
• 3.2 影响因素验证方法
• 3.2.1 空气中冲击载荷实验部分
• 3.2.2 水下冲击载荷实验部分
• 第四章 空气中冲击载荷实验
• 4.1 改变激励频率与幅值试验测试
• 4.1.1 实验器材连接
• 4.1.2 数据采集
• 4.1.3 实验数据分析
• 4.2 改变缆绳绳长测试
• 4.2.1 实验器材连接
• 4.2.2 数据采集
• 4.2.3 实验数据分析
• 4.3 改变缆绳直径测试
• 4.3.1 实验器材连接
• 4.3.2 数据采集结果
• 4.3.3 实验数据分析
• 4.4 改变缆绳材料测试
• 4.4.1 实验器材连接
• 4.4.2 数据采集
• 4.4.3 实验数据分析
• 4.5 本章小结
• 4.5.1 空气中实验的具体结论
• 4.5.2 需要注明的问题和水下实验待验证的内容
• 第五章 水下冲击载荷实验
• 5.1 改变激励频率与幅值测试
• 5.1.1 实验器材连接
• 5.1.2 数据采集
• 5.1.3 实验数据分析
• 5.2 改变缆绳绳长测试
• 5.2.1 实验器材连接
• 5.2.2 数据采集
• 5.2.3 实验数据分析
• 5.3 改变缆绳直径测试
• 5.3.1 实验器材连接
• 5.3.2 数据采集
• 5.3.3 实验数据分析
• 5.4 改变缆绳材料测试
• 5.4.1 实验器材连接
• 5.4.2 数据采集
• 5.4.3 实验数据分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论
• 6.1 空气与水中实验数据对比总结
• 6.2 空气中实验结论
• 6.3 水下实验结论
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢