深海布放缆不同材料属性下应力波自由传播频率特性影响研究.pdf

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1、第３５卷第５期海洋工程Ｖｏｌ.３５Ｎｏ.５２０１７年９月ＴＨＥＯＣＥＡＮＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＳｅｐ.２０１７文章编号:１００５-９８６５(２０１７)０５-００１２-１１深海布放缆不同材料属性下应力波自由传播频率特性影响研究吴丞昊,杨建民,田新亮,胡智焕,彭涛(上海交通大学海洋工程国家重点实验室高新船舶与深海开发装备协同创新中心，上海２００２４０)摘要:在频域对深海布放缆系统内应力波自由传播特性进行了分析。在布放缆数学建模时使用了哈密顿原理，并在建模时考虑布放缆的曲率。计算过程中保留了缆绳曲率与其弧长坐标之间的非线性关系

2、，并最后得到了其上传播的应力纵波与应力横波的特性。通过计算得到布放缆属性和缆绳内竖直张力等参数对缆绳内自由传播频率特性的影响曲线。结果表明，这些因素对自由传播应力波的频率关系、色散关系、相速度与群速度影响显著。对于应力纵波，整个频域可被两个截止频率与一个行波截止频率分成四个区域。除了通频带之外，在低频时亦存在抑止带和行波抑止带。应力纵波仅能在通频带中以行波形式传播，而应力横波则可以在所有频率范围内以行波形式传播。关键词:应力波;深海布放;张紧松弛;突加载荷中图分类号:Ｐ７５１文献标志码:ＡＤＯＩ:１０.１６４８３/ｊ.ｉ

3、ｓｓｎ.１００５-９８６５.２０１７.０５.００２Ｓｔｕｄｙｏｆｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｔｒｅｓｓｗａｖｅｓｐｒｏｐａｇａｔｉｎｇｆｒｅｅｌｙｉｎｄｅｅｐ-ｓｅａｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔｃａｂｌｅｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃａｂｌｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓＷＵＣｈｅｎｇｈａｏ，ＹＡＮＧＪｉａｎｍｉｎ，ＴＩＡＮＸｉｎｌｉａｎｇ，ＨＵＺｈｉｈｕａｎ，ＰＥＮＧＴａｏ(ＣｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅＩｎｎｏｖａｔｉｏｎＣｅｎｔｅｒｆｏｒＡｄｖａｎｃｅｄＳｈｉｐａｎｄＤｅｅｐ-ＳｅａＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ，ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂ

4、.ｏｆＯｃｅａｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏＴｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２４０，Ｃｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅｓｐｅｃｔｒａｌｒｅｓｐｏｎｓｅｓｏｆｓｔｒｅｓｓｗａｖｅｓｆｒｅｅｌｙｐｒｏｐａｇａｔｉｎｇａｌｏｎｇｄｅｅｐ-ｓｅａｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔｃａｂｌｅｓａｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｕｓｉｎｇａｎａｎａｌｙｔｉｃａｌｍｅｔｈｏｄ.Ｈａｍｉｌｔｏｎ’ｓＰｒｉｎｃｉｐｌｅｉｓｕｓｅｄｆｏｒｔｈｅｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｔｈｅｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍ.Ｔｈｅｃｕｒｖ

5、ａｔｕｒｅｏｆｔｈｅｃａｂｌｅｉｓｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄａｎｄｂｏｔｈｔｒａｎｓｖｅｒｓａｌａｎｄｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｐｒｏｐａｇａｔｉｎｇｗａｖｅｓａｒｅｔａｋｅｎｉｎｔｏｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ.Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｃａｂｌｅｃｕｒｖａｔｕｒｅａｎｄｃａｂｌｅａｒｃｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｉｓｋｅｐｔｎｏｎｌｉｎｅａｒ.Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｃａｂｌｅ’ｓｐｒｏｐｅｒｔｙａｎｄｔｈｅｖｅｒｔｉｃａｌｓｔｒｅｓｓｉｎｓｉｄｅｃａｂｌｅｏｎｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｔｒｅｓｓｗａｖｅ

6、ｓｐｒｏｐａｇａｔｉｎｇｆｒｅｅｌｙｉｎｄｅｅｐ-ｓｅａｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔｃａｂｌｅｉｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄ.Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｏｓｅｆａｃｔｏｒｓｈａｖｅａｇｒｅａｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｗｏｓｔｒｅｓｓｗａｖｅｓ’ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｒｅｌａｔｉｏｎｓａｓｗｅｌｌａｓｐｈａｓｅｖｅｌｏｃｉｔｉｅｓａｎｄｇｒｏｕｐｖｅｌｏｃｉｔｉｅｓ.Ｆｏｒｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｓｔｒｅｓｓｗａｖｅｓ，ｆｏｕｒｄｉｓｔｉｎｃｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙｂａｎｄｓａｒｅｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄｂｙ

7、ｔｗｏｃｕｔ-ｏｆｆｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓａｎｄｏｎｅｐａｓｓ-ｂａｎｄ-ｅｄｇｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙ.Ｐａｒｔｌｙ-ｐａｓｓｂａｎｄａｎｄｓｔｏｐｂａｎｄｅｘｉｓｔａｔｌｏｗｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ.Ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｓｔｒｅｓｓｗａｖｅｃａｎｏｎｌｙｐｒｏｐａｇａｔｅｉｎｐａｓｓ-ｂａｎｄ，ｈｏｗｅｖｅｒｔｒａｎｓｖｅｒｓａｌｓｔｒｅｓｓｗａｖｅｓｍａｙｐｒｏｐａｇａｔｅａｔａｎｙｆｒｅｑｕｅｎｃｙ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｓｔｒｅｓｓｗａｖｅ;ｄｅｅｐ-ｓｅａｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔ;ｓｌａｃｋ-ｔａｕｔ;ｓｎａｐｔｅｎｓ

8、ｉｏｎ随着人类对深海资源开发的逐渐加速以及深海生产设备技术的进步，位于３５００米及更深处的深海开发收稿日期:２０１６-１０-１７基金项目:国家重点研发计划支持“深海多金属结核采矿试验工程”资助项目(２０１６ＹＦＣ０３０４１００);国家自然科学基金支持资助项目(５１２３９００７，５１５０９１５２，１１６３２０１１)作者