串联浮筒张力腿式平台水动力性能优化

发布时间：2020-04-17 10:22

【摘要】：张力腿平台在深海水域作业中表现出较好的运动性能、抗恶劣环境能力强等优点,但是张力腿平台在水平面内运动响应较大,对此相关学者提出在张力筋腱上串联钢浮筒的方法抑制平台在水平面内的运动,钢质浮筒由于受自身重量的影响及安装工艺的限制,会制约串联浮筒在张力腿平台上的应用。因此本文提出两种改进方法:(1)串联新材料浮筒张力腿式平台,将空心玻璃微珠复合泡沫应用到浮筒上,作为密度调节机制提供更多的净浮力,达到更好的平台纵荡抑制效果;(2)串联双层浮筒张力腿式平台,在张力筋腱上串联两层浮筒,在保证优化平台纵荡响应性能的基础上,改善筋腱上的张力分布,便于制造安装。本文以上述两种改进串联浮筒式张力腿平台为研究对象,分析两种串联浮筒方式对平台纵荡响应、筋腱张力的影响,探讨其适应性。首先,选取合适的新材料作为串联浮筒的密度调节机制,采用频域计算方法获取平台的附加质量、辐射阻尼、响应幅值算子等水动力系数。基于时域分析,通过调节浮筒参数,探讨新材料浮筒的质量、净浮力对平台纵荡的影响,达到新材料浮筒的优化目的。通过与串联钢浮筒平台对比,讨论了串联新材料浮筒对平台纵荡响应、筋腱张力响应的影响。结果表明,新材料浮筒能更好的抑制平台纵荡响应,且抑制段能覆盖大部分波浪段,筋腱也满足强度要求。其次,对串联双层浮筒式张力腿平台,采用拟静力分析的方法,推导了系泊系统的纵荡刚度矩阵和水平恢复力,探讨了双层浮筒的位置间距对平台水平恢复力的影响。结果表明,浮筒位置越高、间距越小,提供的水平恢复力越大。基于时域分析,对串联双层浮筒式平台在规则波和不规则波作用下的平台纵荡响应、筋腱张力响应进行了计算,并与串联单层浮筒进行对比。结果表明,双层浮筒既能有效的抑制平台在纵荡共振区域的响应,还能实现筋腱张力三段式分布,改善张力筋腱的动力性能。最后,基于Matlab构建平台-浮筒-筋腱多体耦合分析程序,解决浮筒与平台间的多体问题,并设计了GUI界面,较为方便快捷。结果表明,与AQWA相比,Matlab多体耦合程序的计算结果较大,证明了多体耦合分析的必要性。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P75

【参考文献】