深海系泊系统松弛-张紧过程缆绳冲击张力的研究

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1、深海系泊系统松弛．张紧过程缆绳的冲击张力研究Studyonsnaptensionoftaut—slackmooringlinesindeepwater一级学科：力学学科专业：振动与控制研究生：张素侠指导教师：唐友刚教授天津大学建筑工程学院二零零八年五月中文摘要Spar平台是目前深海油气资源开发的主要装备之一，其中的系泊系统是深海平台的定位系统，当系泊的平台浮体发生大幅运动时，系泊系统会出现松弛．张紧状态的改变，引起系缆张力的迅速增大，可能危及深海平台的安全生产。本文针对深海系泊系统松弛．张紧过程的冲击

2、张力进行了研究，主要工作和结论如下：(1)在MohammadBehbahaniNegad研究工作的基础上，考虑缆绳内水平张力和位置，用泰勒级数展开，得到缆绳的曲率和张力的表达式，建立包含松弛和张紧两种情况的连续模型，采用应力波理论分析了缆绳内水平张力、波数、缆索坐标等参数对缆绳内应力波传播特性的影响，证明了本文考虑缆绳张力和曲率变化的合理性。(2)根据应力波基本理论和非线性动力学基本理论，计算得到缆绳在松弛、松弛．张紧和张紧三种状态下缆绳的运动和张力，比较分析了缆绳三种运动状态的区别，发现三种状态下，

3、缆索结构的运动特点、最大张力和对结构的破坏程度都不相同。在松弛．张紧状态，缆绳的横向运动出现跳跃，张力中出现突变的尖峰和倍频成分。松弛．张紧时产生的冲击张力是松弛情况的5倍，是张紧情况的2．4倍，容易引起缆绳的强度破坏，缩短疲劳寿命。(3)根据冲击动力学理论，对系泊平台浮体一缆绳系统进行了耦合分析，给出系统的松弛区域和张紧区域的边界曲线，并对影响因素进行了分析。结果表明，缆绳一浮体本身的系统参数和外部载荷条件的改变，例如无量纲的位移比，或阻尼比发生改变，会引起系统在松弛．张紧区域间的转变，从而引起缆绳

4、内的冲击张力。缆绳内的最大动态张力随波高、波浪频率、预张力的增大而增大，随缆绳长度的增大而减小。(4)采用实验方法，对浸没在准静态流体中的绳索的冲击张力问题进行研究，观察到缆绳中的冲击张力，证明了冲击张力的存在性和此问题研究的必要性。同时，还研究了缆绳内最大张力的影响因素。结果表明，在相同的条件下，缆绳的最大张力随端点激励频率和激励幅值、缆绳刚度、缆绳直径、缆绳弹性模量的增大而增大，随缆绳长度的增大而减小。实验验证了理论计算的正确性。(5)对空气中的冲击张力实验和水中的冲击张力实验进行比较分析，给出缆

5、绳发生冲击载荷时缆绳内张力的特点：冲击载荷发生在激励端，冲击张力迅速交大，张力中出现高频成分，同时出现负张力。这些可以作为缆索中是否出现冲击载荷的判断依据。另外，冲击载荷发生在激励端，这就要求实际的设计中要加强系缆点附近缆绳的强度，以保证系泊系统的安全。关键词：深海平台，系泊系统，松弛．张紧，冲击张力，应力波ABSTRACTASparisconsideredastheexcellenttypeforplatformsindeepwaterandthemooringsystemofSparisusedt

6、Omaintainthebuoy’Sposition，relatingtOthesecurityofplatform．Whenthemooredplatformmoveswithlargeamplitude，themooringlinewilltransferfromtauttoslack，goingwiththetensionincreasingsharply,whichmayendangerthesecurityandproduction．Inthispaper,thesnaptensioninm

7、ooringlineofdeepwaterinducedbytaut-slackconditionisstudied，andthemainworkandconclusionsobtainedareasfollowing：(1)BasedontheresearchofMohammadBehbahaniNegad，consideringthearccoordinatesandhorizontaltension，theexpressionsoftensionandradiusofcurvatureareob

8、tainedwithTaylorseriesexpansion，andthecontinuummodelincludingtautandslackstateisestablished．Theeffectsoftensionincable，wavenumber,coordinatesofcableonthefreelypropagationcharactersofstresswaveincablearestudiedbystresswavetheoryan