鉸接塔平臺(tái)非線性動(dòng)力特性研究.pdf

1、鉸接塔平臺(tái)為適應(yīng)水深100m～500m的順應(yīng)式平臺(tái)，可用于單點(diǎn)系泊、裝載終端、控制塔、海底安裝等生產(chǎn)環(huán)節(jié)。鉸接塔平臺(tái)承受非線性海洋載荷作用，其搖擺運(yùn)動(dòng)特性和運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定的研究對(duì)于確保平臺(tái)的安全具有重要的意義。本文應(yīng)用非線性動(dòng)力學(xué)理論和方法，研究了鉸接塔平臺(tái)復(fù)雜海洋環(huán)境作用下的非線性運(yùn)動(dòng)特性和運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性，以及單點(diǎn)系泊鉸接塔的運(yùn)動(dòng)特性及系泊張力的沖擊特性。本文的工作和主要結(jié)論如下： (1)全面綜述了鉸接塔平臺(tái)動(dòng)力響應(yīng)研究的進(jìn)展和現(xiàn)狀，確

2、定了本文的研究方向和關(guān)鍵研究問題。 (2)建立了鉸接塔塔柱剛性運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)模型，應(yīng)用Morison公式計(jì)算水動(dòng)力，依據(jù)拉格朗日原理建立了鉸接塔平臺(tái)強(qiáng)非線性運(yùn)動(dòng)方程。分別考慮波浪作用和波流聯(lián)合作用，研究了鉸接塔平臺(tái)超諧共振、亞諧共振、組合共振、混沌運(yùn)動(dòng)。研究表明，波浪作用下平臺(tái)系統(tǒng)將出現(xiàn)2、3、5…倍超諧共振，2vm+vn組合共振，波流聯(lián)合作用下平臺(tái)系統(tǒng)將出現(xiàn)2、3、4、5…倍超諧共振，vm+vn組合共振、2vm+vn組合共振，在特

3、定波浪載荷下平臺(tái)系統(tǒng)會(huì)發(fā)生1/2亞諧共振，在高頻率波浪激勵(lì)下平臺(tái)系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)混沌運(yùn)動(dòng)。 (3)考慮鉸接塔塔柱彈性變形，應(yīng)用Morison公式計(jì)算平臺(tái)瞬時(shí)位置的水動(dòng)力，建立了鉸接塔平臺(tái)搖擺運(yùn)動(dòng)的偏微分方程，采用伽遼金方法求解波流作用下非線性動(dòng)力響應(yīng)。研究表明，波浪激勵(lì)下鉸接塔二階模態(tài)將發(fā)生2、3、4倍超諧共振，彈性鉸接塔在波浪作用下振動(dòng)是不對(duì)稱的。使用有限元方法計(jì)算了不同環(huán)境載荷條件下鉸接塔的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，驗(yàn)證了本文簡(jiǎn)化模型的合理性。

4、 (4)提出用增量諧波平衡法，結(jié)合Floquet理論和增量弧長(zhǎng)法研究鉸接塔-油輪分段線性恢復(fù)剛度，平方阻尼系統(tǒng)的方法。研究了系統(tǒng)超諧、亞諧、諧波、組合諧波解，幅頻特性和分岔、混沌特性。用最大Lyapunov指數(shù)圖驗(yàn)證了三種由倍周期分岔導(dǎo)致的混沌運(yùn)動(dòng)，用內(nèi)插胞映射的方法驗(yàn)證了混沌運(yùn)動(dòng)和穩(wěn)定周期解共存以及系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)對(duì)初值極度敏感的非線性動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象。 (5)基于鉸接塔-油輪系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)，分析了該系統(tǒng)系泊力變化特性。研究表明，在相