深海Spar平臺(tái)垂蕩-縱搖耦合非線(xiàn)性運(yùn)動(dòng)響應(yīng)研究.pdf

1、Spar平臺(tái)是適用于深海采油、鉆井等作業(yè)的新型平臺(tái)。由于其結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn),使得垂蕩和縱搖固有頻率比接近2:1,當(dāng)遭遇周期較長(zhǎng)波浪或者涌浪時(shí),容易發(fā)生垂蕩-縱搖耦合不穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)。因此考慮垂蕩、縱搖之間的耦合關(guān)系,研究平臺(tái)耦合運(yùn)動(dòng)的非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)特性,對(duì)于全面認(rèn)識(shí)Spar平臺(tái)在復(fù)雜海洋環(huán)境下的運(yùn)動(dòng)特征,從而為Spar平臺(tái)的設(shè)計(jì)和海上安全作業(yè)提供指導(dǎo),具有重大意義。本文的主要工作和結(jié)論如下:
　　 介紹了深海平臺(tái)的發(fā)展現(xiàn)狀,對(duì)國(guó)內(nèi)外Spar

2、平臺(tái)的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述,分析了在Spar平臺(tái)垂蕩.縱搖耦合運(yùn)動(dòng)研究方面存在的主要問(wèn)題,明確了本文的研究方向。
　　 考慮波面升高的影響建立了經(jīng)典Spar平臺(tái)垂蕩-縱搖耦合運(yùn)動(dòng)方程,并編寫(xiě)了Matlab求解程序。通過(guò)數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn),忽略波面升高影響會(huì)導(dǎo)致對(duì)垂蕩響應(yīng)的低估,而波面升高對(duì)縱搖響應(yīng)的影響則十分有限,一定情況下可以忽略。
　　 采用多尺度法分別求解了內(nèi)共振及組合共振條件下的垂蕩、縱搖響應(yīng)一階定常近似解,并用數(shù)值方法

3、進(jìn)行了模擬。指出:當(dāng)內(nèi)共振發(fā)生以后,垂蕩、縱搖響應(yīng)會(huì)發(fā)生能量飽和及傳遞現(xiàn)象,垂蕩固有頻率與2倍的縱搖固有頻率之間的偏差,以及波浪激勵(lì)頻率與垂蕩固有頻率之間的偏差共同決定了引起內(nèi)共振現(xiàn)象時(shí)的波浪幅值以及能量飽和之后垂蕩響應(yīng)的穩(wěn)定幅值；組合共振發(fā)生時(shí),垂蕩、縱搖響應(yīng)均變得不穩(wěn)定,垂蕩固有頻率與2倍的縱搖固有頻率之間的偏差越大,激起縱搖分岔現(xiàn)象需要的波浪幅值也越大,當(dāng)波浪頻率與垂蕩縱搖固有頻率之和的偏差超過(guò)一定范圍時(shí)不會(huì)發(fā)生組合共振現(xiàn)象。

4、r>　　 用希爾無(wú)窮行列式法推導(dǎo)得到了縱搖響應(yīng)的馬休穩(wěn)定性圖譜,并用數(shù)值方法分析了平臺(tái)縱搖馬休不穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)的發(fā)生過(guò)程。指出:在平臺(tái)參數(shù)確定的情況下,垂蕩幅值的增大是導(dǎo)致縱搖響應(yīng)發(fā)生馬休失穩(wěn)的主要原因,即除滿(mǎn)足發(fā)生馬休失穩(wěn)的頻率關(guān)系之外,只有當(dāng)波浪激勵(lì)作用引起的垂蕩運(yùn)動(dòng)的幅值達(dá)到一定程度時(shí),才會(huì)引起縱搖運(yùn)動(dòng)的失穩(wěn)現(xiàn)象。
　　 用數(shù)值模擬及軟件計(jì)算的方式分析了平臺(tái)阻尼、系泊系統(tǒng)和垂蕩板對(duì)平臺(tái)垂蕩-縱搖耦合運(yùn)動(dòng)性能的影響。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)

5、,增大垂蕩阻尼會(huì)導(dǎo)致引起垂蕩.縱搖內(nèi)共振響應(yīng)的波浪幅值增大,并且能大大抑制垂蕩響應(yīng)的幅值,從而抑制縱搖不穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)的發(fā)生。相對(duì)縱搖阻尼,垂蕩阻尼的改變對(duì)耦合不穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)的影響要大得多；對(duì)于考慮系泊系統(tǒng)的Truss Spar平臺(tái),盡管在垂蕩響應(yīng)發(fā)生共振時(shí)垂蕩響應(yīng)發(fā)生飽和,也出現(xiàn)了能量傳遞現(xiàn)象,但傳遞能量很小未引發(fā)縱搖不穩(wěn)定響應(yīng)。最后分析了垂蕩板結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化對(duì)Spar平臺(tái)水動(dòng)力性能的影響。
　　 文章最后,指出了本文的局限以及未來(lái)的研