合成纤维系缆的粘弹特性及对深水系泊响应的影响

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1、合成纤维系缆的粘弹特性及对深水系泊响应的影响TheViscoelasticpropertiesofSyntheticFiberMooringRopesanditsimpactontheResponsesoftheTaut-wireMooringSystemforDeepWater学科专业：水利工程研究生：崔华指导教师：刘海笑教授天津大学建筑工程学院二零一五年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研

2、究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期

3、：年月日签字日期：年月日中文摘要随着海洋油气开发逐渐向深海推进，海洋平台的工作水深不断增加，浮式海洋平台的使用越来越多，因此对其定位技术的研究显得尤为重要。在常用的五种定位技术中，绷紧式系泊系统以其可以适应深水和超深水环境、系缆自重轻、系泊半径更小、维持平台的稳定能力更强、安装运输方便以及较强的经济性等优点被广泛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具有十分复杂的力学特性，在循环载荷下其动刚度就是一个显著的表现，这给系泊响应分析带来了严峻挑战。此外，对合成纤维系缆本构模型的研究也一直是国内外

4、研究的重点。本文首先总结和评述了合成纤维系缆动刚度特性以及本构模型的研究现状，以期为合成纤维系缆粘弹特性的研究提供参考。在此之前，国内外对动刚度的数值研究未能综合考虑平均张力、应变幅值、循环载荷周次以及缆绳损伤度四个影响因素。尤其是缆绳在安装和使用过程中可能产生不同程度的损伤，使得聚酯系缆的动刚度特性发生演变，从而对系泊系统的动力响应产生直接影响。因此，本文基于含损伤缆绳的动刚度经验公式，编写了可以综合考虑四种影响因素的UMAT子程序，并与实验结果进行了对比验证，二者吻合较好。然后，以一系泊于1020m水深的Spar

5、平台为例，建立了由聚酯缆绳组成的系泊系统有限元模型，分析了系缆的张力响应和平台的位移响应。这些成果对把握绷紧式系泊系统在聚酯系缆有损伤情况下的非线性动力响应及其安全应用具有重要的参考价值。在本文的后半部分，对本实验室提出的合成纤维缆绳的新型非线性粘弹性-粘塑性本构模型进行了简单介绍，然后针对模型的粘弹性部分，分别在Fortran和ABAQUS中进行了数值实现，并且进行了定量或者定性分析，验证了数值模型的有效性。这不仅拓展了有限元软件的材料库，更为绷紧式系泊系统的数值分析奠定了坚实基础。关键词：绷紧式系泊系统；合成纤维

6、系缆；损伤；动刚度；本构模型；系泊分析；循环载荷ABSTRACTWiththeexploitationofoffshoreoilandgasmovinggraduallytothedeepwater,thefloatingoffshoreplatformismorewidelyused.Soit’smoreimportantforthestudyofpositioningtechnology.Thetaut-wiremooringsystemisbeingwidelyusedformanyreasons.Thecom

7、plicatedmechanicalpropertiesofthemooringlinearethekeytechnicalproblemswhichneedtobesolvedaboveallintheengineeringapplicationofthenewtypemooringsystemwithsyntheticfiberropes.Thedynamicstiffnesspropertyisoneofthecomplicatedmechanicalpropertieswhichisabigchallenge

8、forthestudyoftaut-wiremooringsystem.Besides,thestudyoftheviscoelasticandviscoplasticmodelisalsoimportant.Inthispaper,thedynamicstiffnesspropertiesandtheviscoelasticandviscop