深水柔性立管非線性靜動力分析.pdf

1、傳統(tǒng)柔性立管和鋼懸鏈線立管(SCR)都屬于海洋工程中的細長柔性桿件,它們有相同的動力響應(yīng)特性:即二者都以其大位移及大角度的運動來抵抗浮式平臺的運動和水動力荷載,也就是說幾何非線性是其結(jié)構(gòu)分析的一個突出特點和求解難題。正是從結(jié)構(gòu)力學特性的角度,本文將傳統(tǒng)的柔性立管和鋼懸鏈線立管統(tǒng)一歸結(jié)為柔性立管,并且主要關(guān)注其幾何非線性特性。
　　 在常用的求解大變形問題的三種方法中——集中質(zhì)量法、有限差分法和有限元法,本文選取了一種特別的基于絕

2、對坐標系的細長柔性桿有限元模型來分析柔性立管,該模型通用性強,可模擬海洋工程中的各種柔性桿件結(jié)構(gòu),如立管、錨線等。該模型的最大優(yōu)點是其控制方程直接在全局坐標系下推導(dǎo)得到,而且包括了全部幾何非線性,因而省卻了在不同坐標系間進行坐標變換的繁瑣。借鑒文獻,本文并推導(dǎo)得到了考慮內(nèi)流作用的細長柔性桿模型,然后對控制方程應(yīng)用有限元法在空間域內(nèi)進行離散。這樣,柔性立管的靜力分析問題可由非線性方程的經(jīng)典解法一牛頓-拉弗森法(Newton-Raphson

3、)迭代求解,針對其動力問題本文采用了Adams-Moulton和Newmark-β兩種積分方法求解。在海床模擬方面,本文模型考慮了由海床提供的彈性阻尼力和摩擦力,其中海床提供的豎向支持力以二次彈簧來模擬。
　　 作者基于上述理論編制了柔性立管計算分析程序,并對程序有效性進行了理論驗證。隨后對幾個柔性立管——柔性軟管、鋼懸鏈線立管、懶惰型及陡峭型波浪立管的算例分析表明,該程序可以勝任一些典型柔性立管的分析工作,為進一步精細研究柔性