基于细长杆理论的张紧型锚链振动特性分析（英文）

为探索系泊状态下张紧型锚链的动力学行为,基于细长杆理论建立了该新型锚链的数学模型,并分别采用理论解析法和基于ANSYS的有限元法对该模型进行了验证。通过数值仿真得到了锚链在张紧力作用下的横向振动固有频率和振型,其数值解与理论解的误差在8%以内,该模型符合工程应用的要求。通过对锚链在0-200 Hz的扫频分析,得到了锚链最易发生的共振频率。理论计算与数值仿真结果表明:基于细长杆理论模型应用于船舶锚链振动特性分析具有较高的精度,可为避开与海浪等外界因素达到共振,提高漂浮结构的稳定性和锚链的初期设计提供理论依据。

细长压杆失稳理论对一级台阶凸模的设计指导

分析了一级台阶凸模在冲裁过程中的受力特点,结合细长压杆失稳理论,将台阶凸模刃口长度部分视为弹性杆,其余部分视为刚性杆,建立了弹性和刚性的混合杆系的力学模型。通过分析该模型,取得了一个关于临界载荷的特征根方程。该特征根方程是含有正切三角函数的超越方程,同时含有两个未知数,无法求出其显式解析解,所以对该超越方程引进适当的无量纲量,用反三角函数求解,并计算了其初值和一阶导数,这样,问题就转化为一阶常微分方程的初值问题。进而采用4阶经典Rung-Kutta法,计算了弹性和刚性的混合杆系的力学模型的数值解,给出了随一级台阶凸模的弹性长度与刚性长度之比的大范围变化的载荷参数的关系曲线。为同类结构冷冲模设计提供了参考。

不同因素对于深海系泊系统动张力的影响分析

研究了流作用下的初始位置、缆长和预张力对于深海系泊缆动张力的影响.考虑深水系缆的拉伸和弯曲变形,以及缆变形的几何非线性和水动力影响,取正交坐标和切向量描述任意结点的6个广义位移,基于细长杆理论推导缆索的单元刚度矩阵,引入单元内张力一致假设,得到12×12的非线性刚度矩阵,实现了本文单元与有限元软件的调用对接.同时计算了不同初始位置、缆长和预张力条件下系泊系统的动张力,给出了不同因素对于动张力的影响规律.

深海系泊系统动张力有限元计算

考虑深海聚酯尼龙系泊缆的拉伸和弯曲变形,取正交坐标和切向量描述任意结点的6个广义位移,缆变形的几何非线性,基于细长杆理论推导缆索单元的刚度矩阵和质量矩阵,得到12×12的非线性单元特性矩阵,利用有限元软件计算系泊系统的动张力。针对水深1 800 m由12根缆定位的Spar平台,考虑水流对系泊系统的作用,计算了不同外激励下的系缆动张力,讨论了激励频率对系缆张力的影响。结果表明,建立的缆索单元特性矩阵可以较好模拟深海聚酯缆的力学性能,并且得到的深海系泊缆动张力变化规律和力学特性是合理的。

深海系泊浮体物面非线性时域耦合动力分析

文章基于三维时域势流理论和弹性细长杆理论,研究并提出了深海系泊浮体物面非线性时域耦合动力分析方法。该方法采用时域物面非线性理论方法在瞬态位置直接时域模拟系泊浮体所需水动力,结合有限元方法计算系泊缆索的动力响应,利用异步耦合方法实现浮体和系泊缆索的时域耦合动力求解。既满足系泊浮体时域水动力耦合,又满足系泊浮体和系泊缆索动力耦合。通过对二阶非线性不规则波作用下深海系泊半潜式平台的时域耦合响应特性进行研究,将不同海况下物面非线性时域耦合静力响应和动力响应与间接时域耦合动力响应的三种方法计算结果进行比较。研究结果表明,系泊缆索动力响应明显,平台瞬态空间位置对垂荡低频运动影响较大,有必要在平台瞬时湿表面采用动力响应方法进行深海系泊浮体时域耦合响应分析。

深海系缆动张力的超谐动力响应

文章考虑深水系缆的拉伸和弯曲变形,取正交坐标和切向量描述任意结点的6个广义位移,考虑缆变形的几何非线性和水动力影响,基于细长杆理论推导缆索的单元刚度矩阵,引入单元内张力一致假设,推导出12×12的非线性刚度矩阵,并与有限元软件对接。针对1800m水深平台的系缆,考虑系缆端点垂荡运动,以及端点垂荡、横荡和海流作用两种状态下系泊系统的动力响应。计算结果表明,端点运动和海流作用,引起系缆系统的二倍超谐动力响应,并且随着流速增大,系缆超谐动力响应增大,系缆的超谐动张力分量对于缆索疲劳累积损伤具有重要影响,在系缆疲劳分析时应该予以考虑。

SPAR平台系泊系统模态分析

考虑深水系缆的拉伸和弯曲变形，取正交坐标和切向量描述任意结点的6个广义位移，计及缆变形的几何非线性和水动力影响，基于细长杆理论推导缆索的单元刚度矩阵，得到12×12的非线性单元刚度矩阵，实现了单元与有限元软件的调用对接。针对水深318m的Spar平台，四根缆定位，计算了前12阶固有频率和模态。计算结果表明，上述单元刚度矩阵能够反映深海系泊缆的力学特性，得到的频率和模态特性基本合理。

深水浮式结构物系统时域耦合动力方法比较分析

为了满足深水浮式结构物系统设计中准确预报浮体耦合运动及外载荷的要求,基于三维势流理论和细长杆理论,分别采用间接时域耦合动力方法和物面非线性时域耦合动力方法对深水浮式结构物系统进行了数值计算。前者采用摄动展开方法在平均湿表面计算系泊浮体的一阶和二阶水动力,后者采用时域格林函数方法在瞬态位置直接时域模拟系泊浮体所需非线性水动力。结合有限元方法计算系泊缆索动力响应,利用异步耦合方法实现浮体和系泊缆索的时域耦合动力求解。研究结果表明,低海况下,两种时域耦合动力方法结果差别不大。高海况下,平台瞬态空间位置对垂荡低频运动影响较大,有必要在平台瞬时湿表面采用动力响应方法进行深水浮式结构物系统时域耦合响应分析。

FPSO系泊钢缆断丝松股成因分析及系泊方案改进

以南海某FPSO单点系泊系统为研究对象,针对其服役期间在极端海况下出现钢缆断丝、松股的问题展开研究。建立FPSO单点系泊系统模型,进行时域耦合动力分析,基于细长杆理论和有限元方法编写了单缆动力分析程序,通过与商业软件对比验证了程序的合理性,并发现极端海况下出现了系泊缆上部钢缆频繁触底和底部钢缆起落的现象,易引起钢缆的损伤。研究并提出了系泊缆配置新方案,通过调整分段长度避免了钢缆频繁触底、起落的问题;通过提高预张力,避免了系泊缆出现过度松弛的状态,该方案对于内转塔式单点系泊系统的设计与运维具有参考意义。

深海系泊系统模态分析

该文考虑深水系缆的拉伸和弯曲变形,取正交坐标和切向量描述任意结点的6个广义位移,考虑缆变形的几何非线性和水动力影响,基于细长杆理论推导缆索的单元刚度矩阵,得到12×12的非线性刚度矩阵,实现了该文单元与有限元软件的调用对接。针对水深318m的Spar平台,四根缆定位,计算了系泊系统固有频率和模态以及系泊缆群的张力响应。计算结果表明:该文单元刚度矩阵能够反映深海系泊缆的动力响应特性。