系泊系統(tǒng)時域非線性計算分析.pdf

1、當前，各種海洋結(jié)構(gòu)物大多采用系泊系統(tǒng)保證其正常作業(yè)并以此抵御各種海洋環(huán)境荷載，系泊系統(tǒng)的可靠性分析和運動時歷模擬是海洋結(jié)構(gòu)物動力學的關(guān)鍵問題。目前，系泊系統(tǒng)運動的分析大多采用耦合浮體運動與纜索張力完成的。本文通過分析當前各種系泊系統(tǒng)耦合分析法的不足之處，提出了基于非線性有限元法的系泊系統(tǒng)頻域和時域耦合分析法。 由于系泊浮體大多為非細長體，浮體的三維效應不能忽略，本文采用三維頻域GREEN函數(shù)法計算浮體的水動力特性。系泊纜索在大變

2、形、大預張力的條件下，纜索變形的非線性效應不能忽略，本文采用非線性有限元法計算這種非線性影響。應用三節(jié)點的索單元離散纜索，通過虛功原理和非線性連續(xù)介質(zhì)力學，得到計算纜索在大變形條件下的非線性剛度陣，通過Newmark法和mN-R法得到纜索的張力-位移關(guān)系。在系泊系統(tǒng)頻域計算中，最關(guān)心的問題是系泊浮體的運動頻響和系泊纜索的可靠性?；谏鲜鰞煞N方法，本文提出一種新的計算系泊系統(tǒng)頻響的耦合法。在應用該方法計算系泊系統(tǒng)的頻響時，本文采用實際波高

3、計算系泊系統(tǒng)的運動幅值和纜索張力，通過變換，得到系泊系統(tǒng)在單位波幅下的運動幅值。與傳統(tǒng)的直接采用單位波幅計算系泊系統(tǒng)單位頻響的方法相比，本文考慮了纜索的非線性因素，可以得到更加合理的結(jié)果。 在系泊系統(tǒng)的時域分析中，在當前系泊系統(tǒng)時域耦合法的基礎(chǔ)上，本文提出了一種新的基于非線性有限元法與頻時變換法的系泊系統(tǒng)耦合分析技術(shù)。本文方法考慮了纜索的動力非線性因素，可以得到更合理的系泊浮體運動時歷。計算表明，本文的方法既適用于纜索小變形條件

4、下也適用于纜索大變形條件下的系泊系統(tǒng)運動時歷分析。 在頻時變換法中，需要計算浮體在任意波頻下的水動力參數(shù)和運動幅值，由于浮體復雜的幾何形狀和數(shù)值計算的誤差，頻時變換法無法準確計算浮體的時歷。基于上述原因，本文采用三維線性時域GREEN函數(shù)法直接數(shù)值計算系泊浮體的運動時歷并與非線性有限元法耦合，進一步發(fā)展了系泊系統(tǒng)的時域分析法。采用本文的2種時域耦合技術(shù)對一系泊FPSO的運動時歷進行計算，計算結(jié)果表明在運動幅值附近，采用時域GRE