波浪作用下多浮体系统的动力响应特性研究

发布时间：2017-09-06 21:25

  本文关键词：波浪作用下多浮体系统的动力响应特性研究

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【摘要】：诸如FPSO油气外输、柱群结构和超大浮体等各类形式的多浮体系统被广泛应用于船舶和海洋工程领域。多浮体系统各模块间由于存在结构和水动力上的耦合作用，，其动力学响应明显区别于单浮体系统。 对于尺寸小、模块数少的弱连接多浮体系统，一般可利用多刚体动力学进行求解，其中波浪载荷由势流理论获得。本文首先就两Wigley船组成的并靠系统，对锚泊系统和动力定位系统设计中关心的二阶波浪力问题进行研究。通过对比固定模型和自由模型结果，分析了船体遮蔽效应和辐射现象对二阶波浪力的显著影响。针对两船若干距离时流域压力场分布和二阶波浪力峰值的周期振荡规律，指出两船并靠系统中的近场干涉现象，并给出了近场干涉发生的波浪频率、间距差和频率前移的一般规律。通过统计值对比，证实了Newman近似适用于两船并靠系统。针对弹簧连接的两方箱结构，本文通过调整系统刚度矩阵的方法，发现弹簧的刚度和位置会影响其水动力性能。当弹簧刚度满足特定条件时，上述系统在波频力的作用下会发生系统共振现象。 对于尺寸大、模块数多的强连接多浮体系统，一般可采用水弹性力学进行求解，其中波浪载荷考虑浮体变形影响。本文提出可以用多段梁模型模拟超大浮体的主体结构和弹性连接件，简化超大浮体的水弹性响应计算。探讨了垂向刚体位移、垂向弹性变形和垂向总位移随入射波频率、浪向角和连接件刚度的变化规律，阐明了不同海况下刚体位移和弹性变形的主次关系，并发现了弹性变形幅值达到最大值时对应的波长与浮体长度的定量关系。通过设定不同刚度连接件，发现刚度的变化对垂向位移和横截面弯矩有显著影响。
【关键词】：多浮体系统 二阶波浪力 近场干涉 超大浮体 水弹性
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U674.38;U661
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-14
• 第1章 绪论14-26
• 1.1 本文研究背景14-15
• 1.2 常见多浮体系统介绍15-23
• 1.2.1 FPSO 油气外输系统15-18
• 1.2.2 多立柱海洋平台18-20
• 1.2.3 超大浮体20-23
• 1.3 波浪中多浮体系统水动力研究方法简介23-24
• 1.4 本文的创新点及主要工作24-26
• 第2章 基本理论26-40
• 2.1 多浮体耦合水动力频域势流理论26-35
• 2.1.1 坐标系定义26-27
• 2.1.2 绕射辐射问题27-29
• 2.1.3 频域分析方法29-30
• 2.1.4 一阶线性运动方程30-31
• 2.1.5 二阶波浪力31-35
• 2.2 频域三维线性水弹性理论35-40
• 2.2.1 弹性结构动力学方程35-37
• 2.2.2 波浪速度势的分解37-38
• 2.2.3 波浪力求解38-40
• 第3章 并靠两船的二阶波浪力特性研究40-57
• 3.1 引言40-41
• 3.2 计算方法和模型介绍41-46
• 3.2.1 近场积分法可靠性验证41-44
• 3.2.2 两船并靠模型介绍44
• 3.2.3 网格测试44-46
• 3.3 顺浪中二阶波浪力特性研究46-52
• 3.3.1 顺浪中的平均二阶纵荡波浪力46-47
• 3.3.2 顺浪中的平均二阶横荡波浪力47-52
• 3.3.3 顺浪中的平均二阶艏摇波浪力矩52
• 3.4 Newman 近似估计二阶慢漂力52-55
• 3.4.1 单船 Newman 近似的适用性52-54
• 3.4.2 两船系统 Newman 近似的适用性54-55
• 3.5 本章小结55-57
• 第4章 横浪作用下并靠两船的近场干涉现象57-81
• 4.1 引言57
• 4.2 阻尼因子模型57-63
• 4.2.1 阻尼因子模型的修正方法57-58
• 4.2.2 阻尼因子模型对波面升高的影响58-60
• 4.2.3 阻尼因子模型对二阶波浪力的影响60-63
• 4.3 横浪中二阶波浪力特性研究63-70
• 4.3.1 横浪中单船受力特性63-65
• 4.3.2 横浪中双船受力特性65-70
• 4.4 自由模型中的近场干涉现象70-75
• 4.4.1 发生近场干涉的条件70-72
• 4.4.2 自由模型发生近场干涉的最小频率72-74
• 4.4.3 自由模型发生近场干涉的间距差74-75
• 4.5 固定模型的影响75-79
• 4.5.1 固定模式下单船受力特性75-76
• 4.5.2 固定模式下两船受力特性76-77
• 4.5.3 固定模式下近场干涉现象77-79
• 4.6 本章小结79-81
• 第5章 带连接件的多浮体结构的水动力特性81-91
• 5.1 引言81
• 5.2 计算方法和模型介绍81-84
• 5.3 弹簧刚度的影响84-87
• 5.3.1 浮体运动响应84-86
• 5.3.2 连接件受力86-87
• 5.4 弹簧位置的影响87-89
• 5.4.1 浮体运动响应87-88
• 5.4.2 连接件受力88-89
• 5.5 本章小结89-91
• 第6章 超大浮体的多段梁模型特性研究91-113
• 6.1 引言91-92
• 6.2 计算方法和模型介绍92-95
• 6.2.1 多段梁模型简介92-93
• 6.2.2 数值计算流程93
• 6.2.3 多段梁模型可靠性验证93-94
• 6.2.4 本文计算模型主要参数94-95
• 6.3 结构干模态分析95-96
• 6.4 浮体垂向位移96-110
• 6.4.1 波长对垂向位移的影响96-100
• 6.4.2 浪向对垂向位移的影响100-106
• 6.4.3 连接件刚度对垂向位移的影响106-110
• 6.5 浮体垂向弯矩110-111
• 6.6 本章小结111-113
• 第7章 总结与展望113-115
• 7.1 全文总结113-114
• 7.2 研究展望114-115
• 参考文献115-120
• 致谢120-121
• 攻读学位期间发表（或录用）的学术论文121-122
• 在学期间科研成果、获奖及专利情况122

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 付世晓,范菊,陈徐均,崔维成;考虑浮体弹性变形的锚泊系统分析方法[J];船舶力学;2004年02期

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本文编号：805534