深水平台系泊系统冲击载荷计算的应力波方法

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1、中文摘要深海平台的定位采用缆索系泊，系泊缆在平台浮体带动下发生松弛一张紧运动，导致系缆出现冲击张力，即系缆张力的突然放大。这是导致系缆破坏的重要原因。为了保证深海平台极端海况下的安全，探索平台运动过程缆的冲击张力，研究缆的动力特性，具有重要的理论和工程意义。本文考虑有限变形的悬垂缆索在松弛一张紧状态时，内部所产生的动态张力。将深海系缆模拟为两端位于同一水平，一端是固定，另一端承受水平简谐激励绳索。考虑缆的阻尼非线性、缆变形的几何非线性和曲率，根据哈密顿原理和变分法建立起对应的二个非线性偏微分运动方程，用应力波方法求解系缆运动的微分方程。编制了求解系缆的二阶偏微分方程计算机程序

2、，计算缆的运动和动态张力。在四种参数组合情况下的数值结果和相关分析表明：沿着缆长传播有两种类型的应力波，纵向波比横向波波速要高，并且随着它们在缆中的传播，速度会逐渐减弱。最大的动态张力发生在端部及其附近区域，随着激励幅值和频率的增大，动态张力也越来越大。最大的动态张力与质点速度及运动大小有关，但是对于张力影响显著的是质点运动的速度。激励端的动态张力在初始时最大，海底锚固点张力较小，但随着时间的推移，锚固点张力会逐渐增大，锚固点的响应要比激励端滞后一段时间。关键词：动态张力应力波有限变形曲率粘弹性特征线ABSTRACTCablesarewidelyusedforo行Shorea

3、ndsubseaengineering．Theyprovide卸economicme锄sforVariousof体horeactiVities．Itisonlyduringmesecondhalfofthiscentu巧thatcableshaVebeensubjectedt0systematicresearchastheincreasingactiVitiesinVolVedino仃shoregasandoileXpIorationrequiresagoodunders切ndingofthestaticsanddynamicsofcables．lnapplicationss

4、uchasmooringabuoy，towingashiportetheringasubseaunit，cabIescanbecomeslackifthetensiontemporarilyfallstoalevelwhichiscomparabletothedistributedforcealongthecable，andthusoperateinaltematingtaut-slackconditionsunderperiodicenVironmentalexcitation．Thetransitionf．romtheslackstatetothetautstatemay

5、causehightensioninthecablewhichcanhavedetrimentaleffectsandmayeVencausecablebreal(age．1nthiscase，itismeaningfultostudythedynamicsofcables．111esn印tensionofsmall-saggedcablesoperatinginaltematingtaut-sIackconditionsisconsideredinthisp印er．Thecableissuspendedatthetwoendsonthes锄eleVel．Oneofthetw

6、oendsisfixed，whiletheotherissubjectedtohorizontaIexcitation．n旧panialdi行Ierentialnon—linearequationsofdynamicalmotionofthecableisde“Ved卸dsolVedbythestresswaVemethod．The印proachadoptedhereiscap￡lbleoftacklingthepertinentnonlinearitiesofcabledynamicsincludingdamping，geome仃icnonlinearityandthecu

7、rVature．Numericalresults锄danalysesunderfoursetsofparametersshowthat：Therearet、Vot)，pesofwaVeswhichpropagatethrou曲thecable，thelongitudinalwaVe们VelsmuchfasterthanthetransVersewaVe，bothoftheirspeedmaybeattenuatedastheypropagatethrou曲thecable．Thela略estdyn锄ic