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深水平台系泊系统冲击载荷计算的应力波方法

李金伦  
【摘要】: 深海平台的定位采用缆索系泊,系泊缆在平台浮体带动下发生松弛-张紧运动,导致系缆出现冲击张力,即系缆张力的突然放大。这是导致系缆破坏的重要原因。为了保证深海平台极端海况下的安全,探索平台运动过程缆的冲击张力,研究缆的动力特性,具有重要的理论和工程意义。 本文考虑有限变形的悬垂缆索在松弛-张紧状态时,内部所产生的动态张力。将深海系缆模拟为两端位于同一水平,一端是固定,另一端承受水平简谐激励绳索。考虑缆的阻尼非线性、缆变形的几何非线性和曲率,根据哈密顿原理和变分法建立起对应的二个非线性偏微分运动方程,用应力波方法求解系缆运动的微分方程。编制了求解系缆的二阶偏微分方程计算机程序,计算缆的运动和动态张力。 在四种参数组合情况下的数值结果和相关分析表明:沿着缆长传播有两种类型的应力波,纵向波比横向波波速要高,并且随着它们在缆中的传播,速度会逐渐减弱。最大的动态张力发生在端部及其附近区域,随着激励幅值和频率的增大,动态张力也越来越大。最大的动态张力与质点速度及运动大小有关,但是对于张力影响显著的是质点运动的速度。激励端的动态张力在初始时最大,海底锚固点张力较小,但随着时间的推移,锚固点张力会逐渐增大,锚固点的响应要比激励端滞后一段时间。


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