船舶鋪管作業(yè)動力學(xué)模型研究.pdf

1、深海海底管線鋪設(shè)作業(yè)是深海油氣開發(fā)工作的重要環(huán)節(jié)，而通過計算機進行仿真評估是保證管線鋪設(shè)安全的有效手段。本文針對鋪管作業(yè)過程仿真對動力學(xué)模型準(zhǔn)確性與實時性的雙重要求，考慮鋪管船實時運動、管線與非線性剛度海床的耦合作用，開展了S型管線、J型管線的靜力學(xué)與動力學(xué)模型研究工作。主要內(nèi)容如下：
　　詳細(xì)研究了時域船舶運動理論中的輻射力的計算方法，基于脈沖響應(yīng)方程，利用最小二乘擬合法對輻射力辨識方法進行了研究，建立了輻射力辨識模型，并分別采

2、用頻域辨識與時域辨識對輻射力進行了辨識分析與計算，在不降低模型精度下獲得一種快速計算輻射力的方法，為鋪管實時動力學(xué)模型的研究提供了必要的基礎(chǔ)與支撐。
　　采用風(fēng)洞模型試驗數(shù)據(jù)插值計算了海風(fēng)力、海流力，利用離線計算結(jié)果采用多維插值法計算了波浪力，采用全回轉(zhuǎn)吊艙推進器敞水試驗數(shù)據(jù)回歸計算了推進器推力，結(jié)合上述辨識方法得到的船舶輻射力，建立了鋪管船在波浪中時域船舶六自由度運動數(shù)學(xué)模型。對鋪管船在靜水中與風(fēng)浪流聯(lián)合作用下的運動進行了仿真，

3、并與船模試驗及實船試驗數(shù)據(jù)進行了對比分析。
　　根據(jù)S型管線形態(tài)與受力特點，將管線分為托管架段，中間段，懸浮段，邊界層段與觸地段五個部分。在模型研究中，考慮了中間段與邊界層段中彎矩對管線的影響，以及管線與彈性海底的耦合作用，并忽略懸浮段彎矩因素的次要影響，根據(jù)各段間的位移、傾角、受力與彎矩連續(xù)性邊界條件，采用牛頓迭代法對該模型進行了解算，分析了管線壁厚與管線直徑的變化對S型管線的形態(tài)與受力的影響。
　　在J型管線與非線性剛度

4、海床耦合數(shù)學(xué)模型研究中，將管線分為水中懸浮段與觸地段，建立了水中懸浮段數(shù)學(xué)模型并采用數(shù)值迭代法進行求解，建立了在觸地段考慮管線與非線性剛度海床的耦合作用的數(shù)學(xué)模型并采用有限差分法進行求解，根據(jù)各段間的位移、傾角、受力與彎矩連續(xù)性邊界條件對管線整體形態(tài)與受力進行了計算，并分析和討論了泥線抗剪強度、抗剪強度梯度和外管徑等參數(shù)變化對管線的影響。
　　針對J型鋪管動力學(xué)模型的實時性要求，采用數(shù)值離散方法，將管線簡化為離散的集中質(zhì)量點，以鋪