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《大连理工大学》 2006年
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系泊系统时域非线性计算分析

肖越  
【摘要】:当前,各种海洋结构物大多采用系泊系统保证其正常作业并以此抵御各种海洋环境荷载,系泊系统的可靠性分析和运动时历模拟是海洋结构物动力学的关键问题。目前,系洎系统运动的分析大多采用耦合浮体运动与缆索张力完成的。本文通过分析当前各种系泊系统耦合分析法的不足之处,提出了基于非线性有限元法的系泊系统频域和时域耦合分析法。 由于系洎浮体大多为非细长体,浮体的三维效应不能忽略,本文采用三维频域GREEN函数法计算浮体的水动力特性。系泊缆索在大变形、大预张力的条件下,缆索变形的非线性效应不能忽略,本文采用非线性有限元法计算这种非线性影响。应用三节点的索单元离散缆索,通过虚功原理和非线性连续介质力学,得到计算缆索在大变形条件下的非线性刚度阵,通过Newmark法和mN-R法得到缆索的张力.位移关系。在系泊系统频域计算中,最关心的问题是系泊浮体的运动频响和系泊缆索的可靠性。基于上述两种方法,本文提出一种新的计算系泊系统频响的耦合法。在应用该方法计算系泊系统的频响时,本文采用实际波高计算系泊系统的运动幅值和缆索张力,通过变换,得到系泊系统在单位波幅下的运动幅值。与传统的直接采用单位波幅计算系泊系统单位频响的方法相比,本文考虑了缆索的非线性因素,可以得到更加合理的结果。 在系泊系统的时域分析中,在当前系泊系统时域耦合法的基础上,本文提出了一种新的基于非线性有限元法与频时变换法的系泊系统耦合分析技术。本文方法考虑了缆索的动力非线性因素,可以得到更合理的系泊浮体运动时历。计算表明,本文的方法既适用于缆索小变形条件下也适用于缆索大变形条件下的系泊系统运动时历分析。 在频时变换法中,需要计算浮体在任意波频下的水动力参数和运动幅值,由于浮体复杂的几何形状和数值计算的误差,频时变换法无法准确计算浮体的时历。基于上述原因,本文采用三维线性时域GREEN函数法直接数值计算系泊浮体的运动时历并与非线性有限元法耦合,进一步发展了系泊系统的时域分析法。采用本文的2种时域耦合技术对一系泊FPSO的运动时历进行计算,计算结果表明在运动幅值附近,采用时域GREEN函数法的系泊系统耦合分析法更加准确。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:U653.2

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