海上浮動機場網(wǎng)絡動力學建模及非線性動力響應特性
發(fā)布時間：2017-09-11 01:18
本文關(guān)鍵詞：海上浮動機場網(wǎng)絡動力學建模及非線性動力響應特性
更多相關(guān)文章： 浮動機場 網(wǎng)絡動力學 剛?cè)狁詈?/b> 振幅死亡 協(xié)同效應 波浪農(nóng)場
【摘要】：超大型多模塊柔性連接浮體結(jié)構(gòu)物是立足國家海洋權(quán)益維護和深海資源開發(fā)的戰(zhàn)略需求,具有先導性的重大高端海洋工程裝備。博士論文聚焦超大型海上浮動機場的動力學預報及其相關(guān)的基礎(chǔ)科學與工程技術(shù)問題,通過引入最新的網(wǎng)絡動力學理論,研究了海上浮動機場的非線性動力響應特性。研究內(nèi)容涵蓋浮動機場網(wǎng)絡建模方法;不同連接器連接的浮動機場非線性動力學特性;基于振幅死亡機理的海上浮動機場動力學穩(wěn)定性及其臨界條件;浮體模塊與柔性結(jié)構(gòu)耦合形成的完整浮動機場建模方法及其在超大型嵌入式波能吸收農(nóng)場上的應用等。該研究為超大型海上浮動機場的安全性設計提供新的理論依據(jù)。在此研究基礎(chǔ)上建立起來的非線性網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)動力學方法不僅限于海洋工程領(lǐng)域,還可以拓展到其他具有多振子網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)特征的工程技術(shù)領(lǐng)域。論文具體研究內(nèi)容包括:完成了多模塊浮動機場的頂浪網(wǎng)絡動力學模型。采用剛性模塊柔性連接器結(jié)構(gòu),基于線性波浪理論,單浮體動力學模型,連接器力學模型和錨泊系統(tǒng)約束模型,集約形成浮動機場非線性網(wǎng)絡動力學模型。不同于傳統(tǒng)建模方法,通過引入模塊耦合拓撲矩陣,該網(wǎng)絡動力學模型可以適應任意拓撲構(gòu)型的浮動平臺。網(wǎng)絡動力學模型的建立為不同波況下的動力學響應及連接器載荷預報奠定了基礎(chǔ)。針對超大型浮動機場的關(guān)鍵部件,提出不同構(gòu)型的新型連接器概念設計,分析每個設計構(gòu)想在不同工況下對箱式模塊組成的鏈式浮動機場模型的動力學特性,研究了連接器剛度、波況等參數(shù)對浮動機場動力學響應的影響,揭示了系統(tǒng)的響應階躍、協(xié)同效應、鎖相、同步化、拍振、環(huán)面型振蕩、多穩(wěn)態(tài)振蕩等復雜動力學現(xiàn)象。研究表明理想的連接器模型應該在各個自由度方向均有適當剛度約束,為工程設計提供了理論指導。揭示了浮動機場系統(tǒng)的振幅死亡現(xiàn)象,發(fā)現(xiàn)了振幅死亡的弱振蕩狀態(tài)與波浪周期的重要關(guān)系。依據(jù)此線索,推導出可以揭示系統(tǒng)振幅死亡機理的響應基本解,填補了非自治網(wǎng)絡系統(tǒng)關(guān)于振幅死亡現(xiàn)象的理論空白。進一步基于基本解結(jié)構(gòu)和分岔理論,給出了系統(tǒng)發(fā)生振幅死亡的半解析臨界條件�；谡穹劳鰴C理研究了浮動機場的動力學穩(wěn)定性特性,在波浪周期和連接器剛度參數(shù)平面內(nèi)繪制了振幅死亡圖譜。該圖譜可以作為浮動機場動力學穩(wěn)定性設計的理論參考依據(jù),也是在工程領(lǐng)域首次提出的關(guān)于復雜系統(tǒng)穩(wěn)定性的新概念。開發(fā)了三維多模塊浮動機場的網(wǎng)絡動力學建模方法,該方法的標準化建模過程可適用于任何拓撲結(jié)構(gòu)和任意連接器形式,并可拓展到具有網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)特征的其它工程系統(tǒng)。數(shù)值仿真以鏈式多模塊柔性連接浮動機場模型為例,分析了斜浪對浮體結(jié)構(gòu)非線性動力學響應及連接器載荷的影響。基于振幅死亡機理,研究了在不同波浪環(huán)境和連接器耦合強度條件下的浮動機場的穩(wěn)定性參數(shù)區(qū)域,為超大型海上浮動機場在復雜海況應用中的非線性動力學穩(wěn)定性設計提供新的理論依據(jù)。最后,對非規(guī)則波激勵下浮動機場的動力學特性及連接器載荷進行了分析。開發(fā)了離散多模塊與連續(xù)柔性跑道彈性結(jié)合的浮動機場建模方法。基于哈密頓原理建立了多模塊浮體柔性跑道耦合網(wǎng)絡動力學模型,該模型具有新穎的網(wǎng)絡形式,即剛性振子網(wǎng)絡與柔性結(jié)構(gòu)的耦合。便于分析,通過伽遼金方法將系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成完全離散振子耦合的網(wǎng)絡動力學模型。在此基礎(chǔ)上采用單諧波平均法研究了系統(tǒng)發(fā)生振幅死亡的機理。基于振幅死亡機理研究了浮動機場的動力學穩(wěn)定性,分析了柔性跑道的剛度和波況對振幅死亡穩(wěn)定性的影響,以及其它復雜非線性動力學特性。該方法具有科學共性,可推廣至大型海上波能采集農(nóng)場及其它更廣泛的工程應用領(lǐng)域。研究了大型海上波能采集平臺的動力學特性和波能采集效率。考慮在浮體與平臺之間安裝波能轉(zhuǎn)換裝置形成多振子波浪能采集農(nóng)場,既可以解決浮動機場的用電問題,又可以改善浮動機場的動力學穩(wěn)定性。基于哈密頓原理和伽遼金離散法建立了浮動機場嵌入式波能轉(zhuǎn)換裝置的動力學方程。通過數(shù)值仿真研究了波況、連接器剛度和波能轉(zhuǎn)換裝置的阻尼對波浪能吸收效率的影響。通過與不耦合等量模塊波能轉(zhuǎn)換裝置的對比,具有平臺耦合的多振子波能轉(zhuǎn)換裝置的能量采集效率提高一倍。
【關(guān)鍵詞】：浮動機場 網(wǎng)絡動力學 剛?cè)狁詈?/strong> 振幅死亡 協(xié)同效應 波浪農(nóng)場
【學位授予單位】：湖南大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V351
【目錄】：
- 摘要5-7
- Abstract7-13
- 第1章 緒論13-30
- 1.1 研究背景及意義13-16
- 1.2 相關(guān)領(lǐng)域研究現(xiàn)狀16-27
- 1.2.1 超大型浮式結(jié)構(gòu)物16-24
- 1.2.2 網(wǎng)絡科學24-27
- 1.3 主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新點27-30
- 1.3.1 論文主要研究內(nèi)容27-29
- 1.3.2 論文創(chuàng)新點29-30
- 第2章 超大型海上浮動機場頂浪網(wǎng)絡動力學建模30-43
- 2.1 單浮體動力學模型30-31
- 2.2 連接器力學模型31-36
- 2.2.1 橡膠 -鋼索組合式連接器力學模型32-34
- 2.2.2 平行鉸接式連接器力學模型34-36
- 2.3 錨泊系統(tǒng)力學模型36-41
- 2.3.1 錨鏈平衡基本方程36-38
- 2.3.2 錨鏈剛度系數(shù)求解38-41
- 2.4 超大型浮動機場網(wǎng)絡動力學模型41-42
- 2.5 本章小結(jié)42-43
- 第3章 超大型海上浮動機場網(wǎng)絡動力學特性43-60
- 3.1 系統(tǒng)參數(shù)設置43-44
- 3.2 線性化動力響應特性分析44-50
- 3.2.1 動力學響應分析44-48
- 3.2.2 連接器載荷分析48-50
- 3.3 非線性網(wǎng)絡動力學特性分析50-59
- 3.3.1 動力學響應分析50-53
- 3.3.2 連接器載荷分析53-55
- 3.3.3 復雜網(wǎng)絡動力學行為55-59
- 3.4 本章小結(jié)59-60
- 第4章 超大型海上浮動機場動力學穩(wěn)定性60-79
- 4.1 多模塊浮體網(wǎng)絡系統(tǒng)的振幅死亡現(xiàn)象60-62
- 4.2 振幅死亡機理分析62-73
- 4.2.1 系統(tǒng)響應基本解62-64
- 4.2.2 系統(tǒng)近似解結(jié)構(gòu)64-70
- 4.2.3 振幅死亡機理70-72
- 4.2.4 基于基本解的振幅死亡穩(wěn)定性臨界條件72-73
- 4.3 海上浮動機場的穩(wěn)定性分析73-77
- 4.3.1 橡膠 -鋼索組合式浮動機場穩(wěn)定性分析73-76
- 4.3.2 彈性鉸接式浮動機場穩(wěn)定性分析76-77
- 4.4 本章小結(jié)77-79
- 第5章 三維多模塊柔性連接浮動機場建模及動力特性79-102
- 5.1 三維多模塊柔性連接浮體網(wǎng)絡動力學建模79-87
- 5.1.1 準備工作79-80
- 5.1.2 單浮體動力學模型80-81
- 5.1.3 水動力模型81-83
- 5.1.4 連接器耦合力學模型83-86
- 5.1.5 多浮體結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡動力學模型86-87
- 5.2 多模塊浮動機場網(wǎng)絡動力學特性87-101
- 5.2.1 仿真模型參數(shù)87-89
- 5.2.2 浮動機場動力學響應及連接器載荷89-97
- 5.2.3 浮動機場振幅死亡穩(wěn)定性分析97-99
- 5.2.4 浮動機場在非規(guī)則波下的動力學特性99-101
- 5.3 本章小結(jié)101-102
- 第6章 多浮體模塊與柔性跑道耦合網(wǎng)絡動力學特性102-116
- 6.1 多浮體模塊與柔性跑道耦合網(wǎng)絡建模102-107
- 6.1.1 浮體與柔性跑道耦合系統(tǒng)建模103-106
- 6.1.2 模型離散化106-107
- 6.2 非線性網(wǎng)絡動力學特性107-114
- 6.2.1 振幅死亡現(xiàn)象和參數(shù)圖譜107-113
- 6.2.2 復雜網(wǎng)絡動力學行為113-114
- 6.3 本章小結(jié)114-116
- 第7章 超大型嵌入式波能浮動機場動力學特性116-126
- 7.1 嵌入式波能浮動機場模型116-119
- 7.1.1 嵌入式波能浮動機場概念模型設計116-117
- 7.1.2 嵌入式波能浮動機場動力學模型117-118
- 7.1.3 嵌入式波能吸收模型118-119
- 7.2 嵌入式波能浮動機場動力學特性及波能吸收效率119-125
- 7.2.1 波浪能吸收效率119-123
- 7.2.2 波能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)品質(zhì)評估123-125
- 7.3 本章小結(jié)125-126
- 總結(jié)與展望126-128
- 參考文獻128-141
- 致謝141-142
- 附錄A 攻讀博士學位期間所發(fā)表的學術(shù)論文142-144
- 附錄B 攻讀博士學位期間所參加的科研項目144-145
- 附錄C 基本解非線性項表達式145-148
【相似文獻】
中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條
1 譚云亮;;膜傳導性對神經(jīng)網(wǎng)絡動力學特性影響[J];應用基礎(chǔ)與工程科學學報;1997年03期
2 ;[J];;年期
中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條
1 張海成;海上浮動機場網(wǎng)絡動力學建模及非線性動力響應特性[D];湖南大學;2016年
，本文編號：827766
本文鏈接：http://sikaile.net/kejilunwen/hangkongsky/827766.html
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