平台与柔性构件的频域耦合动力分析

论文摘要

浮式平台的耦合动力分析是当前海洋工程领域的一大研究热点。平台与柔性构件的相互作用不仅影响平台的运动,而且对浮体的波浪载荷也会产生影响。本文考虑缆索和立管的影响进行了浮式平台耦合动力分析研究。论文完成的主要工作有:1)在浮体三维水动力数值计算方面,采用基于源/偶极混合分布的边界积分方程模型求解非定常扰动势,提出了一种与之相匹配的利用有限元网格划分工具划分物面边界元的网格划分方法。应用该方法计算了一漂浮圆球和漂浮方盒的水动力系数,并与法国船级社开发的水动力计算软件的计算结果进行了对比。2)本文根据远场积分法计算了平台的水平定常漂移力,导出了可以计及入射、绕射及辐射作用的系统二次传递函数的计算式。3)在研究柔性构件对浮体运动影响时,将系泊系统等效为刚度,将立管系统等效为阻尼。基于悬链线理论推导出了完整的链端刚度系数,研究了平台漂移对链端刚度的影响。考虑刚度影响区域的不同,针对柔性立管提出了等效弹性梁模型,可用于计算立管的等效阻尼。4)提出了一种浮体与柔性构件的耦合模式。平台漂移导致系泊刚度改变,变化的刚度影响平台的运动,新的运动带来新的漂移。对一个简易平台模型进行了耦合分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的及意义
• 1.2 课题的研究现状
• 1.2.1 浮体三维水动力计算的研究现状
• 1.2.2 柔性构件力学分析的研究现状
• 1.2.3 海洋平台耦合动力分析的研究现状
• 1.3 本文的主要工作
• 第2章 平台一阶运动响应的频域分析
• 2.1 概述
• 2.2 势流问题的基本描述
• 2.2.1 基本假设
• 2.2.2 坐标系定义
• 2.2.3 场控制方程及定解条件
• 2.3 速度势的求解
• 2.3.1 流场速度势的分解
• 2.3.2 入射势的选取
• 2.3.3 三维无航速无限水深频域格林函数
• 2.3.4 基于混合分布奇点模型的边界积分方程
• 2.3.5 利用有限元工具离散物面的方法
• 2.4 运动方程的求解及压力场的确定
• 2.4.1 流体静力载荷
• 2.4.2 流体动力载荷
• 2.4.3 浮体运动方程的建立及求解
• 2.4.4 浮体湿表面压力场的确定
• 2.5 算例分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 平台的二阶漂移力计算
• 3.1 概述
• 3.2 计算二阶定常波浪漂移力的远场积分法
• 3.2.1 远场积分法的理论背景
• 3.2.2 扰动势的远场渐近表达及科钦函数
• 3.2.3 水平波浪漂移力的积分表达式
• 3.3 定常漂移力的二次传递函数
• 3.3.1 水平波浪漂移力二次传递函数的推导
• 3.3.2 二次传递函数的物理意义及应用
• 3.4 算例分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 柔性部件对平台运动的影响
• 4.1 概述
• 4.2 系泊系统对平台运动的影响
• 4.2.1 单根锚链的链端刚度
• 4.2.2 系泊系统的等效刚度
• 4.2.3 平台漂移导致的链态变化
• 4.3 立管系统对平台运动的影响
• 4.3.1 柔性立管概述
• 4.3.2 立管的等效阻尼长度概念
• 4.3.3 立管系统的等效阻尼
• 4.4 算例分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 平台与柔性部件的耦合动力分析
• 5.1 概述
• 5.2 海洋平台与柔性构件的耦合模式
• 5.3 算例分析
• 5.3.1 系泊刚度对平台运动的影响
• 5.3.2 耦合作用对平台运动的影响
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢