浮筒锚泊系统受力分析及其仿真

论文摘要

浮筒锚泊系统是指由浮筒等浮力器件和悬链线共同组成的锚泊系统。浮筒锚泊系统的浮力器件不仅能托起锚泊线自身重量使之适应深海域,还能有效改善锚泊系统的动张力。本文引进了浮筒协调方程,采用有限差分法计算锚泊线动力控制方程,并对在大型软件里适用性作了初步分析。在浮筒系泊系统的静力分析中,用经典悬链线理论建立了带有浮筒的锚泊系统静力模型,并对浮筒这个突变点进行受力分析,建立了在忽略海洋环境力作用下浮筒锚泊系统的基本静力方程,并推导给出了N个浮筒作用下的锚泊系统静力方程。该方程还未发现有资料给出,因此该方程的得出极大地方便计算浮筒锚泊系统的初始状态,为动力分析奠定基础。在动力分析中,从锚泊线动力控制方程入手,再根据浮筒的受力分析,得到浮筒的动力控制方程,然后相应地把锚泊线动力方程和浮筒动力控制方程相协调起来,建立完整的浮筒锚泊系统方程,最后采用数值方法,编制程序,在时域内计算了锚泊线受力情况。计算表明,在不同的波浪周期下锚泊线上的动张力有所不同。由于在软件里计算有方便简洁的优势,本文在大型软件ABAQUS/AQUA中对浮筒锚泊系统模型进行了简化建模分析,提出了浮筒的简化原则。并对在建模过程中碰到的问题进行了总结,得出了浮筒锚泊系统建模的几个关键要点,最后研究了在波流耦合作用下浮筒锚泊系统的动力响应,选取了AIRY波对浮筒锚泊系统进行了时域分析,比较精确地模拟了锚泊线的受力状况。计算结果表明浮筒能明显地减少锚泊线动张力,但位移较大。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 浮体运动与波浪载荷理论研究现状
• 1.2.1 切片理论
• 1.2.2 三维水动力理论
• 1.3 系泊缆索张力计算的研究现状
• 1.4 研究热点概述
• 1.4.1 系泊形式以及组成成分新形式的出现
• 1.4.2 数值模拟的进步
• 1.5 本文的工作
• 第2章 锚泊系统的组成成分及其研究内容
• 2.1 锚泊系统组成
• 2.1.1 锚的种类及特性
• 2.1.2 锚泊线组成
• 2.1.3 锚泊系统布置形式
• 2.2 锚泊系统的研究内容
• 2.3 本章小结
• 第3章 浮筒锚泊系统的静力理论计算
• 3.1 浮筒锚泊系统的基本方程
• 3.1.1 单个浮筒的基本方程
• 3.1.2 N个浮筒的基本方程
• 3.1.3 浮筒锚泊系统分类举例
• 3.2 浮筒锚泊系统链端刚度
• 3.3 本章小结
• 第4章 浮筒锚泊系统动力计算
• 4.1 浮筒锚泊系统方程
• 4.1.1 环境载荷计算
• 4.1.2 锚泊线控制方程
• 4.1.3 浮筒运动协调方程
• 4.2 方程数值求解
• 4.3 计算实例
• 4.3.1 浮筒锚泊系统参数
• 4.3.2 时域数值计算结果
• 4.4 本章小结
• 第5章 锚泊系统的仿真
• 5.1 ABAQUS软件介绍
• 5.2 建立浮筒锚泊系统模型
• 5.2.1 浮筒锚泊系统设计的关键
• 5.2.2 本文计算的浮筒锚泊系统参数
• 5.2.3 使用ABAQUS建模主要过程
• 5.2.4 动态响应分析与结果
• 5.3 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