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海上浮式风机系泊缆索动力学分析

发布时间:2021-01-15 09:54
  系泊缆索是海上浮式风机的主要结构,其动力学特性具有十分重要的研究价值。本文利用绝对节点坐标法计算了系泊缆索结构在Morison海流力作用下的动力学响应,研究了系泊缆索结构的动力学特性。绝对节点坐标法的特点是利用梯度表示其标架坐标系,虽然广义坐标数量相对较多,但避免了转动描述中非线性奇异性的复杂问题使得计算更加方便快捷。本文完成了绝对节点坐标法的公式推导、建立了基于拉格朗日方程的动力学方程,同时给出了整个理论的数值离散公式。用广义坐标表示系泊缆索的质量矩阵、刚度矩阵及广义弹性力矩阵。Morison海流力在系泊缆索上作用建模的难点在于如何将海流力的方向与计算方法的标架坐标系相结合,不同的计算方法其标架坐标系的选取均不同,绝对节点坐标法的标架坐标系是梯度场。本文提出将水动载荷沿绳索轴向和法平面进行分解,避免了采用坐标标架分解导致的奇异性问题,进而完成了系泊绳索模型的程序实现。选用变步长的广义α方法作为求解器。这种方法具有低频不衰减而高频衰减特性,并且自动变步长提高了计算效率。本文利用绝对节点坐标法计算得到系泊缆索的位移、速度及加速度,并对系泊缆索的动力学特性进行了分析,研究了影响缆索动力学特... 

【文章来源】:哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】:76 页

【学位级别】:硕士

【部分图文】:

海上浮式风机系泊缆索动力学分析


物质点的位置示意图

初始位移,模型


x yx y 22,x x y y k g k g(3-10)通过以上公式可以得出波浪方程所对应的海水流速及海流的加速度。因此在 Morison 海流力的过程中所需要的海水流速也能够得到。波浪的振动方程是个相互垂直的方向的振动方程叠加得到的。因此对于整个系统模型来说,海速的改变方式变得更加的随机也更加的全面。这样得到的系泊缆索的运动状更加的具有普遍意义。另外波浪的振动不仅仅对于海水流速有影响,对海面漂浮物也会产生较大的影响。具体的影响条件及相应的系泊缆索的动力学运态的具体变化,下一章会具体讨论。 单根系泊缆索松弛模型1 松弛模型的初始形态假设松弛模型的初始位置是一个四分之一圆,通过初始静平衡得到其静止时始位置。顶端的节点上受一个集中力,底部的节点固定,如图所示:

示意图,节点位置,模型,示意图


松弛模型节点位置示意图

【参考文献】:
期刊论文
[1]基于绝对节点坐标法的钢索结构动力学模型与特性[J]. 钱彦懿,王慧,余海东.  中国机械工程. 2018(13)
[2]Adaptive ANCF method and its application in planar flexible cables[J]. Yue Zhang,Cheng Wei,Yang Zhao,Chunlin Tan,Yongjian Liu.  Acta Mechanica Sinica. 2018(01)
[3]海上浮式风机系泊缆索的动张力分析[J]. 沈意平,贺赛坪,李学军,朱广辉.  机械设计. 2017(10)
[4]基于绝对节点坐标法的柔性绳索体建模仿真研究[J]. 沈剑,韩峰,陈放,周峤.  科学技术与工程. 2016(31)
[5]基于绝对节点坐标法的大变形柔性梁几种动力学模型研究[J]. 章孝顺,章定国,陈思佳,洪嘉振.  物理学报. 2016(09)
[6]Numerical Modeling of a Spar Platform Tethered by a Mooring Cable[J]. ZHU Xiangqian,YOO Wan-Suk.  Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2015(04)
[7]基于绝对节点坐标法的变截面梁动力学建模与运动变形分析[J]. 赵春璋,余海东,王皓,赵勇.  机械工程学报. 2014(17)
[8]低张力缆索有限元模型及其应用[J]. 方子帆,贺青松,向兵飞,肖华攀,何孔德,杜义贤.  工程力学. 2013(03)
[9]多刚体动力学在缆索动力分析中的应用[J]. 赵阳,范菊,袁梦,缪国平.  船海工程. 2011(01)
[10]基于绝对节点坐标的多柔体系统动力学高效计算方法[J]. 刘铖,田强,胡海岩.  力学学报. 2010(06)

博士论文
[1]基于绝对节点坐标方法的柔性多体系统动力学研究与应用[D]. 田强.华中科技大学 2009



本文编号:2978697

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