深水系缆动刚度特性的研究及系泊分析

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1、中文摘要随着海洋油气资源的开发向深海进行，海洋平台的工作水深越来越大，传统的悬链式系泊系统在深水和超深水系泊中的缺点越来越明显。新型的绷紧式系泊系统在深水中具有明显的优势，正在逐渐替代悬链式系泊系统广泛地应用于深水平台的系泊中。然而绷紧式系泊系统所采用的合成纤维系缆其力学性质非常复杂，表现出明显的非线性特性，在循环载荷下其刚度的非恒定性就是一个显著的表现。这给绷紧式系泊系统的动力分析带来了严峻的挑战。本文首先总结和评述了合成纤维系缆动刚度的国内外研究现状，介绍了目前国内外对合成纤维系缆动刚度的处理方法，以期为国内对

2、合成纤维系缆动刚度的研究提供参考。在此之前，国内外的研究者对合成纤维系缆动刚度的研究不能反映缆绳的载荷历史、蠕变特性以及刚度变化过程。因此本文基于Schapery热动力学理论和一塑性理论提出一个粘弹性一粘塑性模型来反映合成纤维系缆的应力应变关系，进而计算出其动刚度。本文提出的模型能够反映合成纤维缆绳的时间变化特性以及在整个加载一卸载过程中的刚度变化。此外，本文还提出了明确的参数确定方法及步骤，可通过简单的蠕变实验确定模型的各个参数。之后将两种载荷条件下聚酯缆绳的实验结果与模型结果进行对比，二者吻合较好，证明了模型的

3、有效性和可靠性。在本文后半部分基于悬链线理论提出一个浮式平台系缆的受力分析模型，并在此模型中引入前文提出的合成纤维系应力应变关系模型进行准动态分析。最后针对一个Spar平台进行系泊分析，系泊分析中详细对比了绷紧式系泊系统和悬链式系洎系统系缆的形态、张力及倾角分布，在平台水平向载荷为正弦载荷的准动态分析中详细对比了各种情况下系缆各点的张力、倾角随时间的变化情况。关键词：绷紧式系洎系统合成纤维系缆’动刚度应力应变关系粘弹性一粘塑性系泊分析循环载荷ABSTRACTWiththeexploitationofoffshore

4、oilandgasmovinggraduallytothedeepwater,thenewtypetaut。wiremooringsystemisbeingwidelyusedasthealternativeoftheconventionalcatenarymooringsystem．Thecomplicatedmechanicalpropertiesofthemooringlinearethekeytechnicalproblemswhichneedtobesolvedaboveallintheengineeri

5、ngapplicationofthenewtypemooringsystemwithsyntheticfiberropes．Inthispaper,thedynamicstiffnesspropertiesofsyntheticfiberropemooringlinesincomplicatedoceanenvironmentarepresented．Theresearchachievementsofthedomesticandoverseasstudiesondynamicstiffnesspropertieso

6、fsyntheticfiberropesaresummarizedthen，togetherwiththeprospecttothefurtherresearchinordertosupplysignificantreferenceforthenumericalsimulationandexperimentstudyonthisspecialsubjectinourcountry．Firstly,aviscoelasticandviscoplasticmodelisproposedtodescribethestre

7、ss。strainpropertyofsyntheticfibermooringlines．Thetimedependentpropertyandtheevolutionofthedynamicstiffnesscanbefullyconsideredintheproposedmodel．Anewmethodforparameteridentificationisproposedandtheerroranalysisiscarriedout．Besides．themodeIiSvalidatedbycomparis

8、onwiththeresultsofpolyesterropesbothundercreep—recoveryandsinusoidalload．Secondly,amooringanalysismodelispresentedbasedoncatenorytheory,inwhichthestress．strainconstitutivemodelforv