绷紧式系泊缆冲击张力特性研究.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)０５-００２３-１０绷紧式系泊缆冲击张力特性研究１１２１张火明,谢卓,方贵盛,孔令滨(１.中国计量大学浙江流量计量技术重点实验室，浙江杭州３１００１８;２.浙江水利水电学院机械与汽车工程学院，浙江杭州３１００１８)摘要:采用集中质量法研究了绷紧式系泊系统中系缆由于松弛－张紧过程产生的冲击张力。建立系泊缆绳离散的集中质量模型，对其独立单元进行受力分析并建立了单元的运动方程。给定缆绳上端点简谐激励，通过

2、Ａｎｓｙｓ中的Ａｑｗａ模块，分析了缆绳的运动响应;针对缆绳运动响应过程中的三种状态进行了模拟计算，探讨了冲击张力产生的条件;研究了缆绳初始预张力、上端点激励幅值和频率、拖曳力系数、弹性模量以及单位长度质量对动态张力的影响。研究结果表明:这些影响因素不仅会影响缆绳动态张力的大小，也会对缆绳中的冲击张力产生一定的影响。关键词:绷紧式系泊缆;运动响应;冲击张力中图分类号:Ｐ７５１文献标志码:ＡＤＯＩ:１０.１６４８３/ｊ.ｉｓｓｎ.１００５-９８６５.２０１７.０５.００３Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｉｍｐａｃｔｔｅｎｓｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒ

3、ｉｓｔｉｃｓｏｆｔａｕｔｍｏｏｒｉｎｇｌｉｎｅｓ１１２１ＺＨＡＮＧＨｕｏｍｉｎｇ，ＸＩＥＺｈｕｏ，ＦＡＮＧＧｕｉｓｈｅｎｇ，ＫＯＮＧＬｉｎｇｂｉｎ(１.ＺｈｅｊｉａｎｇＰｒｏｖｉｎｃｉａｌＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＦｌｏｗＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＣｈｉｎａＪｉｌｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００１８，Ｃｈｉｎａ;２.ＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｌｌｅｇｅ，ＺｈｅｊｉａｎｇＷａｔｅｒＣｏｎｓｅｒｖａｎｃｙａｎｄＨｙｄｒｏｐｏｗｅｒＣｏｌｌｅｇｅ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ

4、３１００１８，Ｃｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅｉｍｐａｃｔｆｏｒｃｅｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅｒｅｌａｘａｔｉｏｎｔｅｎｓｉｏｎｏｆｔｈｅｍｏｏｒｉｎｇｌｉｎｅｉｎｔｈｅｔａｕｔｍｏｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｉｓｓｔｕｄｉｅｄｂｙｕｓｅｄｏｆｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｌｕｍｐｅｄｍａｓｓ.Ｍｏｏｒｉｎｇｌｉｎｅｓｄｉｓｃｒｅｔｅｌｕｍｐｅｄｍａｓｓｍｏｄｅｌｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ｔｈｅｓｔｒｅｓｓｉｓａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｔｈｅｅｑｕａｔｉｏｎｏｆｍｏｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｕｎｉｔｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ.Ｇｉｖｅｎｃａｂｌｅ

5、ｅｎｄｐｏｉｎｔｈａｒｍｏｎｉｃｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ，ｔｈｒｏｕｇｈＡＮＳＹＳ/Ａｑｗａ，ｔｈｅｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｃａｂｌｅｍｏｖｅｍｅｎｔｉｓａｎａｌｙｚｅｄ;ｔｈｅｃａｂｌｅｍｏｔｉｏｎｒｅｓｐｏｎｓｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｔｈｒｅｅｓｔａｔｅｓｉｓｓｉｍｕｌａｔｅｄａｎｄｔｈｅｉｍｐａｃｔｔｅｎｓｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ;ａｎｄｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｃａｂｌｅｔｅｎｓｉｏｎ，ｕｐｐｅｒｐｏｉｎｔｅｘｃｉｔａｔｉｏｎａｍｐｌｉｔｕｄｅａｎｄｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ｄｒａｇｅｆｆｅｃｔｏｆｄｒａｇｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ，ｅｌａ

6、ｓｔｉｃｍｏｄｕｌｕｓａｎｄｍａｓｓｐｅｒｕｎｉｔｌｅｎｇｔｈｏｆｄｙｎａｍｉｃｔｅｎｓｉｏｎａｒｅｓｔｕｄｉｅｄ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｅｆａｃｔｏｒｓｗｉｌｌｎｏｔｏｎｌｙａｆｆｅｃｔｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｃａｂｌｅｔｅｎｓｉｏｎ，ｂｕｔａｌｓｏｈａｖｅｓｏｍｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｈｅｉｍｐａｃｔｌｏａｄｏｆｃａｂｌｅ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｔａｕｔｍｏｏｒｉｎｇｌｉｎｅ;ｍｏｔｉｏｎｒｅｓｐｏｎｓｅ;ｉｍｐａｃｔｔｅｎｓｉｏｎ近年来，新型绷紧式系泊系统凭借其在深水应用中的优越表现而倍受关注。在系泊系统运动响应过程中，当浮

7、体运动幅值超过某一临界值时，缆绳可能会表现出零张力和最大值张力，即出现了缆绳冲击现象。缆绳发生冲击现象时产生的力通常比简单的动态载荷大很多，这会对缆索结构造成很大的破坏，严重影响系泊系统的使用寿命。因此对系泊缆绳冲击张力特性的研究就显得十分重要。[１-２]Ｐｌａｕｔ等研究发现当浮体的运动幅度很大时，缆绳就会松弛，一旦再次张紧，就会出现很大的动态张[３]力，此时能量会有损失。Ｄｒａｃｏｓ和Ｈｕａｎｇ通过试验研究发现缆绳在张紧状态时，张力以激振频率变化，但收稿日期:２０１６-０９-０２基金项目:浙江省自然科学基金项目(Ｙ１４Ｅ０９００３４，Ｙ１３Ｆ０

8、２０１４０);浙江省青年科学家培养计划项目(２０１３Ｒ６０Ｇ７１６００４０);上海交通大学海洋工程国家重点实验室开放基金项目(１５１６)