基于細(xì)長桿理論的系泊纜索靜力及動(dòng)力分析方法研究.pdf

1、系泊纜索的數(shù)值分析是目前海洋工程界研究的一個(gè)熱點(diǎn),經(jīng)過多年的發(fā)展,目前形成了三種主要的數(shù)值模型:用于靜力分析的懸鏈線模型和用于動(dòng)力分析的集中質(zhì)量模型、細(xì)長桿模型。本文選取了基于非線性有限元法的細(xì)長桿模型來進(jìn)行系泊纜索的靜動(dòng)力分析。細(xì)長桿模型的控制方程均在三維笛卡爾坐標(biāo)系下推導(dǎo)而出,所有的變量均在此坐標(biāo)系下描述,大大節(jié)省了工作量。和懸鏈線模型相比,細(xì)長桿模型可以解決前者所不能處理的深海中系泊線動(dòng)態(tài)剛度問題,并且考慮了結(jié)構(gòu)的非線性問題;而相

2、比于集中質(zhì)量模型,細(xì)長桿模型在計(jì)算效率和計(jì)算精度方面有了一定程度的提升。
　　本文中應(yīng)用有限元法在空間域內(nèi)對(duì)系泊纜索的控制方程進(jìn)行了離散,通過加權(quán)殘值法中的伽遼金法,將系泊線的高階偏微分方程組離散為非線性常微分方程組。對(duì)于系泊纜索邊界條件的處理,本文中采用彈簧阻尼器來模擬系泊線頂部的邊界條件,使用線性彈簧模擬平坦的海底條件。由于系泊纜索的控制方程為非線性方程,需要采用數(shù)值方法來求解。本文采用了牛頓迭代法進(jìn)行靜力分析方程的求解,并且

3、采用了兩種不同的積分格式:亞當(dāng)姆斯-蒙爾頓法以及紐馬克-貝塔法進(jìn)行纜索的動(dòng)力分析,并對(duì)兩者的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較。此外,在動(dòng)力分析中引入了斜坡函數(shù)以消除動(dòng)態(tài)外載荷的瞬態(tài)響應(yīng)、減少獲得穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的時(shí)間。
　　基于上述工作,作者編寫了基于細(xì)長桿理論的系泊線靜、動(dòng)力分析程序,并對(duì)程序有效性進(jìn)行了理論驗(yàn)證。對(duì)于靜力分析部分的程序驗(yàn)證,本文分別采用了剛性固定的懸臂梁、簡支梁以及懸鏈線理論三種不同的模型驗(yàn)證靜力分析的準(zhǔn)確性。在細(xì)長桿模型動(dòng)力分析驗(yàn)