本文關(guān)鍵詞：海上浮體參數(shù)共振運(yùn)動(dòng)數(shù)值模擬研究

  更多相關(guān)文章： 海上浮體 參數(shù)共振 數(shù)值模擬 概率密度分布 動(dòng)態(tài)效應(yīng)

【摘要】：海上浮體參數(shù)激勵(lì)共振問題是相關(guān)學(xué)者研究的熱點(diǎn)問題。當(dāng)參數(shù)共振現(xiàn)象發(fā)生時(shí),海上浮體會(huì)因大幅劇烈運(yùn)動(dòng),發(fā)生失穩(wěn)甚至傾覆。海洋結(jié)構(gòu)物中,船舶和Spar海洋平臺(tái),是兩種容易發(fā)生參數(shù)共振運(yùn)動(dòng)的典型代表。由于浮體濕表面隨時(shí)間發(fā)生周期性變化,船舶和Spar海洋平臺(tái)搖擺運(yùn)動(dòng)回復(fù)剛度也將隨時(shí)間發(fā)生周期性改變。隨時(shí)間改變的回復(fù)力剛度即為運(yùn)動(dòng)方程中的參數(shù)激勵(lì)項(xiàng)。當(dāng)阻尼條件、遭遇海況和系統(tǒng)固有周期滿足一定關(guān)系時(shí),船舶與Spar海洋平臺(tái)將在強(qiáng)迫激勵(lì)和參數(shù)激勵(lì)聯(lián)合作用下,發(fā)生參數(shù)共振運(yùn)動(dòng)。本文基于數(shù)值模擬方法和試驗(yàn)方法,以C11集裝箱船為研究對象,探索了參數(shù)共振問題發(fā)生的內(nèi)在機(jī)理；以桁架式Spar平臺(tái)為研究對象,研究了參數(shù)共振發(fā)生時(shí),平臺(tái)大幅搖蕩對系泊系統(tǒng)的影響。本文還結(jié)合運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的數(shù)值仿真結(jié)果,對運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的概率密度分布進(jìn)行了研究和分析。 本文提出運(yùn)用Aqwa-Naut水動(dòng)力分析軟件模擬和分析船舶的參數(shù)共振問題,在國內(nèi)外研究中尚屬首次。首先,在規(guī)則波頂浪中,模擬了參數(shù)共振運(yùn)動(dòng)的發(fā)生,證明基于軟件研究參數(shù)共振問題的可行性。隨后,通過Aqwa軟件的二次開發(fā),在規(guī)則波斜浪中,分別采用等效線性阻尼和非線性阻尼兩種阻尼形式,對不同波幅和傅汝德數(shù)條件下的橫搖運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬,并將數(shù)值模擬結(jié)果與模型試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對比分析,驗(yàn)證基于軟件的數(shù)值模擬方法的準(zhǔn)確性。而后,在隨機(jī)波中,探討了有義波高、波浪周期、航速和航向?qū)11集裝箱船參數(shù)共振問題的影響。最后,在數(shù)值模擬結(jié)果的基礎(chǔ)上,對運(yùn)動(dòng)響應(yīng)時(shí)間歷程曲線進(jìn)行概率統(tǒng)計(jì)分析,通過比較發(fā)生參數(shù)共振和不發(fā)生參數(shù)共振時(shí),運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的概率密度分布形式的異同,提出一種驗(yàn)證參數(shù)共振是否發(fā)生的方法。 桁架式Spar平臺(tái)參數(shù)共振的研究中,基于自主開發(fā)程序,本文實(shí)現(xiàn)了桁架式Spar平臺(tái)與系泊系統(tǒng)間的運(yùn)動(dòng)耦合。平臺(tái)發(fā)生參數(shù)共振運(yùn)動(dòng)時(shí),分別通過靜態(tài)方法(懸鏈線法)和動(dòng)態(tài)方法(集中質(zhì)量法),對系泊系統(tǒng)強(qiáng)度進(jìn)行了分析。集中質(zhì)量法計(jì)算的系纜動(dòng)張力顯著大于懸鏈線法計(jì)算的靜張力。 研究結(jié)果表明：C11集裝箱橫搖船固有周期與波浪遭遇周期比值為2時(shí)以及桁架式Spar平臺(tái)縱搖固有周期與垂蕩固有周期比值為2時(shí),均易發(fā)生參數(shù)共振問題。參數(shù)共振未發(fā)生時(shí),運(yùn)動(dòng)響應(yīng)瞬時(shí)值和峰值概率密度分布分別服從對應(yīng)的高斯分布和瑞利分布；當(dāng)參數(shù)共振發(fā)生時(shí),響應(yīng)概率密度分布不再滿足上述關(guān)系。平臺(tái)的大幅劇烈運(yùn)動(dòng),將導(dǎo)致系纜動(dòng)態(tài)效應(yīng)不可忽略,系纜強(qiáng)度安全評估方法也應(yīng)采用動(dòng)態(tài)方法。
【關(guān)鍵詞】：海上浮體 參數(shù)共振 數(shù)值模擬 概率密度分布 動(dòng)態(tài)效應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：U661.44
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-17
• 1.1 研究背景及意義9-10
• 1.2 船舶參數(shù)橫搖運(yùn)動(dòng)研究現(xiàn)狀10-12
• 1.2.1 國外參數(shù)橫搖研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 國內(nèi)參數(shù)橫搖研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3 Spar平臺(tái)參數(shù)激勵(lì)運(yùn)動(dòng)研究現(xiàn)狀12-13
• 1.4 參數(shù)激勵(lì)振動(dòng)13-16
• 1.5 本文主要研究內(nèi)容16-17
• 2 海上浮體運(yùn)動(dòng)研究基本理論17-29
• 2.1 基本理論17-20
• 2.1.1 線性波理論17-19
• 2.1.2 輻射繞射理論19-20
• 2.1.3 一階波浪力20
• 2.2 運(yùn)動(dòng)方程時(shí)域求解方法20-22
• 2.3 非線性回復(fù)力計(jì)算22-23
• 2.4 試驗(yàn)分析方法23-29
• 2.4.1 試驗(yàn)水池介紹23-24
• 2.4.2 試驗(yàn)?zāi)Ｐ徒榻B24-27
• 2.4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果27-29
• 3 船舶參數(shù)共振運(yùn)動(dòng)數(shù)值模擬研究29-59
• 3.1 數(shù)值模擬試驗(yàn)?zāi)Ｐ徒榻B29-34
• 3.1.1 船舶運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系29-31
• 3.1.2 三自由度運(yùn)動(dòng)方程31-32
• 3.1.3 船舶航速模擬32-34
• 3.2 橫搖阻尼求解34-40
• 3.2.1 非線性阻尼35-37
• 3.2.2 等效線性阻尼37-40
• 3.3 規(guī)則波參數(shù)橫搖數(shù)值模擬計(jì)算40-47
• 3.3.1 迎浪規(guī)則波參數(shù)橫搖數(shù)值模擬40-42
• 3.3.2 斜浪規(guī)則波參數(shù)橫搖數(shù)值模擬驗(yàn)證42-46
• 3.3.3 規(guī)則波不同航向角數(shù)值模擬46-47
• 3.4 隨機(jī)波參數(shù)橫搖數(shù)值模擬計(jì)算47-58
• 3.4.1 波浪譜48
• 3.4.2 影響因素分析48-54
• 3.4.3 三自由度運(yùn)動(dòng)響應(yīng)概率密度分布54-58
• 3.5 本章小結(jié)58-59
• 4 Truss Spar平臺(tái)參數(shù)共振運(yùn)動(dòng)數(shù)值模擬研究59-76
• 4.1 Truss Spar平臺(tái)在規(guī)則波作用下的數(shù)值模擬方法59-67
• 4.1.1 Spar運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系59-60
• 4.1.2 運(yùn)動(dòng)方程的建立60-61
• 4.1.3 運(yùn)動(dòng)方程數(shù)值解法61-62
• 4.1.4 模型試驗(yàn)對比62-67
• 4.2 Truss Spar平臺(tái)在隨機(jī)波作用下的數(shù)值模擬計(jì)算67-70
• 4.2.1 波浪譜67
• 4.2.2 隨機(jī)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)數(shù)值模擬67-70
• 4.3 Truss Spar平臺(tái)在隨機(jī)波作用下的系泊纜張力研究70-75
• 4.3.1 系纜算例分析70-72
• 4.3.2 系泊系統(tǒng)與Spar平臺(tái)耦合運(yùn)動(dòng)響應(yīng)分析72-75
• 4.4 本章小結(jié)75-76
• 5 結(jié)論與展望76-77
• 5.1 本文主要結(jié)論76
• 5.2 未來工作展望76-77
• 參考文獻(xiàn)77-80
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況80-81
• 致謝81-82

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：670668