超大型海上浮体平台连接器设计及动力学特性研究

发布时间：2017-10-16 02:10

  本文关键词：超大型海上浮体平台连接器设计及动力学特性研究

  更多相关文章： 海上浮动机场 网络动力学 连接器模型 振幅死亡 非线性响应特性

【摘要】：超大型海上浮体平台是立足国家海洋权益维护和深海资源开发的战略需求,具有先导性的重大高端海洋工程装备。它具有结构大尺度、多模块组合、刚柔连接、流固耦合等特点,是一个典型的非线性振子网络系统。本文以超大型海上浮动机场为研究对象,尝试将非线性网络动力学的最新理论应用到超大型海上浮体平台的动力学研究。超大型海上浮动机场是一个多模块链式拓扑耦合的典型非自治振子网络。本文基于线性波浪理论、单浮体模块动力学模型、连接器力学模型以及锚泊系统力学模型,构建了超大型海上浮动机场的网络动力学模型。该网络动力学建模方法具有普适性,能适应于各类复杂网络拓扑结构的超大型海洋浮体平台,灵活应对各类形式的系泊约束。鉴于浮体模块间的连接器力学特性对浮动机场的动力响应具有关键性影响,论文提出并研究了三种新型连接器力学模型(平行铰接式弹性连接器模型,交叉铰接式弹性连接器模型,复合型弹性连接器模型)。通过数值仿真分析三种连接器模型下浮动机场的非线性动力响应和连接件载荷特性。与线性分析结果对比表明,线性分析在动力响应特性预报和载荷评估上存在失真和误差,传统线性分析方法会严重低估系统的实际动力响应和载荷。分析了三种连接器模型对浮动机场非线性动力响应特性的影响以及连接件自身载荷特性,结果表明复合型弹性连接器模型能更有效抑制系统的动力响应,具有良好力学特性;复合型连接器模型具有优异的载荷特性,有效安全设计参数区间最为广阔,结构模型最合理。进一步探讨了超大型海上浮动机场的复杂网络动力学行为——网络协同及同步化效应。本文尝试在海洋工程领域介绍一个全新的系统动态稳定性概念,即基于振幅死亡机理研究海上浮动机场的动力学稳定性问题。针对两类关键参数分析三种连接器模型对系统稳定性边界图谱的影响。结果表明复合型弹性连接器模型下的浮动机场振幅死亡参数区域最大,有效安全的连接件设计参数区间最广,系统整体动力学稳定态也最好,为进一步优化连接器模型结构设计提供了理论指引。连接器模型对海上浮动机场的整体动力学稳定性具有重大影响,设计有效安全的连接器模型结构对超大型海上浮体平台的研究开发具有重大意义。
【关键词】：海上浮动机场 网络动力学 连接器模型 振幅死亡 非线性响应特性
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V351.23
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.3 本论文主要研究内容14-16
• 第2章 超大型海上浮动机场的网络动力学建模16-30
• 2.1 引言16
• 2.2 单浮体动力学模型16-18
• 2.3 柔性连接器力学模型18-25
• 2.3.1 平行铰接式弹性连接器模型19-21
• 2.3.2 交叉铰接式弹性连接器模型21-24
• 2.3.3 复合型弹性连接器模型24-25
• 2.4 锚泊系统力学模型25-27
• 2.4.1 锚链系统悬链线方程26-27
• 2.4.2 锚泊约束力刚度矩阵27
• 2.5 超大型海上浮动机场的网络动力学模型27-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第3章 超大型海上浮动机场的网络动力学特性分析30-62
• 3.1 引言30
• 3.2 海上浮动机场系统参数设置30-33
• 3.2.1 单浮体结构参数31
• 3.2.2 连接器模型参数31-32
• 3.2.3 锚泊系统参数32
• 3.2.4 波浪参数32-33
• 3.3 海上浮动机场的线性动力学特性分析33-40
• 3.3.1 浮动机场的线性化动力学模型33-34
• 3.3.2 浮动机场的线性动力响应特性分析34-38
• 3.3.3 浮动机场连接器的线性载荷特性分析38-40
• 3.4 海上浮动机场的非线性动力响应特性分析40-50
• 3.4.1 平行铰接式连接器模型对浮体动力响应的影响40-44
• 3.4.2 交叉铰接式连接器模型对浮体动力响应的影响44-47
• 3.4.3 复合型连接器模型对浮体动力响应的影响47-50
• 3.5 海上浮动机场连接器的非线性载荷特性分析50-56
• 3.5.1 平行铰接式连接器模型的载荷特性分析50-53
• 3.5.2 交叉铰接式连接器模型的载荷特性分析53-54
• 3.5.3 复合型连接器模型的载荷特性分析54-56
• 3.6 海上浮动机场中的网络协同及同步化效应56-60
• 3.6.1 网络协同效应56-59
• 3.6.2 同步化效应59-60
• 3.7 本章小结60-62
• 第4章 超大型海上浮动机场的动力学稳定性分析62-69
• 4.1 引言62
• 4.2 振幅死亡现象62-65
• 4.2.1 振幅死亡的概念62-63
• 4.2.2 海上浮动机场的振幅死亡现象63-65
• 4.3 海上浮动机场的动力学稳定性分析65-68
• 4.3.1 平行铰接式连接器模型对系统稳定性的影响65-66
• 4.3.2 交叉铰接式连接器模型对系统稳定性的影响66-67
• 4.3.3 复合型连接器模型对系统稳定性的影响67-68
• 4.4 本章小结68-69
• 总结与展望69-71
• 总结69-70
• 创新点70
• 研究展望70-71
• 参考文献71-76
• 致谢76-77
• 附录A（攻读学位期间所发表的学术论文目录）77

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本文编号：1040009