基于弹性细杆理论的深海立管和系泊线动力学模型研究

发布时间：2022-02-10 04:19

　　弹性细杆问题有着广泛的实际背景,立管、系泊线、钻杆、电缆、绳索等等都可将弹性细杆作为其力学模型。在海洋开发急速发展的今天,促使弹性细杆力学发展的一个新领域就是深海立管和系泊系统。本文以弹性细杆理论为基础推导了适用于深海立管和系泊线的运动微分方程。在推导过程中,本文考虑了多种类型立管和系泊线常见的布置形态,如悬垂状态、张紧状态等,使用有限元法在统一的整体坐标系中模拟了三维空间中的立管和系泊线。通过多单元类型的设置模拟了实际工程中存在的多类型材料组成的系泊线,并保证了结构截面的平滑过渡。本文推导的以深海中的立管和系泊线为对象基于弹性细杆理论的运动微分方程解决了悬链线模型不能处理的动态刚度问题,处理了梁模型不能模拟的深海管线动力响应问题,以及结构极端细长性引起的小应变大位移的几何非线性问题。在对结构的边界条件的处理中,根据实际工程情况,本文给出了弹簧阻尼约束和海底的模拟等处理方法。通过弹簧阻尼约束,可以方便地设定边界条件坐标系,在坐标系中可以定义节点约束如线约束、弹簧约束和阻尼约束等。本文采用一层线性弹簧模拟平坦的海底实现海底条件对管线运动的影响。基于以上理论,本文使用Fortran90语言... 

【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省211工程院校

【文章页数】：99 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究目的和意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 本文的研究内容
第2章 立管和系泊线的平衡方程
    2.1 弹性细杆的几何学
    2.2 弹性细杆的运动学
    2.3 立管和系泊线的几何形态
    2.4 立管和系泊线的轴向拉伸变形
    2.5 立管和系泊线的平衡方程
    2.6 本章小结
第3章 立管和系泊线的环境载荷
    3.1 立管和系泊线的向量形式运动微分方程
    3.2 立管和系泊线的拉伸控制
    3.3 立管和系泊线的环境载荷
    3.4 三维空间中水质点速度的法向变换
    3.5 轴向力与拉格朗日乘子的关系
    3.6 本章小结
第4章 立管和系泊线的有限元解法及边界条件
    4.1 有限元法概述
    4.2 立管和系泊线的离散形式运动微分方程
    4.3 静力分析的离散形式方程
    4.4 动力分析的离散形式方程
    4.5 海底模拟
    4.6 弹簧阻尼器
    4.7 本章小结
第5章 钢悬链立管和悬链式系泊线的解析方程
    5.1 钢悬链立管和悬链式系泊线的解析方程
    5.2 顶端张力与最小缆长的关系
    5.3 本章小结
第6章 静动力分析校核及应用案例
    6.1 悬链结构的静力分析参数
    6.2 静力分析校核
    6.3 单摆的运动特性及运动周期
    6.4 动力分析校核
    6.5 无阻尼指定运动公式形式的系泊线的动力分析
    6.6 带阻尼外部输入运动参数的系泊线的动力分析
    6.7 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢



本文编号：3618235