单点系泊海洋结构物的碰撞外部动力学研究

发布时间：2021-02-25 02:19

　　由于化石能源日趋损耗,深海油气资源的开采引起了普遍关注,而海洋平台是海洋油气开采的必要设备。海洋平台由于作业需要,附近常有穿梭油轮和供应船的航行或停靠,因此,系泊状态下的平台被碰撞的机会较多。平台一旦遭受碰撞事故,将造成财产损失、环境污染、人员伤亡等恶劣结果,因此,有必要在平台设计初期,考虑碰撞载荷的作用。本文以系泊平台为研究对象,开展了平台在船舶撞击下的碰撞分析,内容如下:综述船舶碰撞分析方法的研究现状,对碰撞分析中流体的处理方法进行介绍。本文研究的系泊平台可看做一个多体系统,因此,阐述了涉及到的多体动力学研究现状。详细阐述碰撞非线性有限元理论和关键技术,介绍显式有限元分析的基本算法-中心差分法和大变形动力学理论。根据数值模拟中的实际操作经验,从接触算法、材料模型和沙漏控制方面梳理了相关理论和关键技术,着重叙述多体连接建模方法。总结了多体动力学分析的相关理论,按照解决问题的思路,依次介绍了坐标转换和系统自由度计算方法,描述约束方程的概念,推导了二维和三维空间的约束雅克比矩阵,最后归纳了动力学分析步骤,为后文的解析法提供理论基础。通过有限元法,分析了实际系泊平台的碰撞外部动力学。在系泊... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 船舶碰撞研究现状
        1.2.1 碰撞分析方法研究现状
        1.2.2 流体分析方法研究现状
    1.3 多体动力学研究现状
    1.4 主要研究内容
2 碰撞有限元数值模拟的基本原理及关键技术
    2.1 概述
    2.2 碰撞有限元分析方法
        2.2.1 中心差分法
        2.2.2 大变形动力学基本理论
    2.3 碰撞接触算法
    2.4 多体连接建模技术
    2.5 材料模型的选择
    2.6 数值模拟中的沙漏控制
    2.7 本章小结
3 多刚体系统碰撞动力学基本原理
    3.1 概述
    3.2 坐标系转换
        3.2.1 二维笛卡尔坐标系转换
        3.2.2 三维坐标系转换
    3.3 系统自由度计算
    3.4 约束方程建立
        3.4.1 二维约束方程
        3.4.2 三维约束方程
    3.5 多体运动学分析
    3.6 多体动力学分析
    3.7 本章小结
4 系泊平台碰撞外部动力学数值模拟与分析
    4.1 概述
    4.2 多体系统碰撞有限元分析基本理论
        4.2.1 碰撞力计算方法
        4.2.2 碰撞运动方程
        4.2.3 多体系统约束方程
        4.2.4 节点位移求解方法
    4.3 系泊平台-船舶碰撞的数值模型
        4.3.1 碰撞场景及参数
        4.3.2 系泊系统铰接模拟
        4.3.3 系泊平台和船舶的有限元模型
    4.4 碰撞结果分析
        4.4.1 碰撞力分析
        4.4.2 耗散能量分析
        4.4.3 平台运动响应分析
        4.4.4 平台运行轨迹分析
    4.5 本章小结
5 系泊平台碰撞的有限元-解析计算方法
    5.1 概述
    5.2 有限元-解析计算法的运动学描述
        5.2.1 冗余自由度的计算
        5.2.2 平衡方程的建立
        5.2.3 约束方程的建立
        5.2.4 多体运动状态的数值计算
        5.2.5 考虑流体作用的修正
    5.3 有限元法合理性验证
        5.3.1 两球碰撞理论推导
        5.3.2 两球碰撞算例
    5.4 有限元-解析计算法的验证与分析
        5.4.1 碰撞场景及碰撞参数
        5.4.2 碰撞力分析
        5.4.3 运动状态分析
    5.5 本章小结
结论
参考文献
附录A 解析法Matlab计算程序
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]多体系统动力学碰撞问题研究综述[J]. 董富祥,洪嘉振.  力学进展. 2009(03)
[2]Y型浮式生产储油轮船侧结构耐撞性[J]. 胡志强,高震,顾永宁.  上海交通大学学报. 2005(05)
[3]船舶碰撞与触底事故的数值仿真[J]. 顾永宁,胡志强,高震.  上海交通大学学报. 2003(08)
[4]船舶碰撞数值仿真的附加质量模型[J]. 王自力,蒋志勇,顾永宁.  爆炸与冲击. 2002(04)
[5]船舶碰撞研究的现状和趋势[J]. 王自力,顾永宁.  造船技术. 2000(04)

博士论文
[1]基于耐撞性的新型船舶结构形式研究[D]. 刘峰.上海交通大学 2007

硕士论文
[1]半潜式海洋平台碰撞响应数值仿真研究[D]. 李阳.大连理工大学 2009



本文编号：3050283