基于細長桿理論的系泊纜索靜力及動力分析方法研究.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熱點,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力分析的集中質量模型、細長桿模型。本文選取了基于非線性有限元法的細長桿模型來進行系泊纜索的靜動力分析。細長桿模型的控制方程均在三維笛卡爾坐標系下推導而出,所有的變量均在此坐標系下描述,大大節(jié)省了工作量。和懸鏈線模型相比,細長桿模型可以解決前者所不能處理的深海中系泊線動態(tài)剛度問題,并且考慮了結構的非線性問題;而相

2、比于集中質量模型,細長桿模型在計算效率和計算精度方面有了一定程度的提升。
　　本文中應用有限元法在空間域內對系泊纜索的控制方程進行了離散,通過加權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:亞當姆斯-蒙爾頓法以及紐馬克-貝塔法進行纜索的動力分析,并對兩者的計算結果進行了比較。此外,在動力分析中引入了斜坡函數(shù)以消除動態(tài)外載荷的瞬態(tài)響應、減少獲得穩(wěn)態(tài)響應的時間。
　　基于上述工作,作者編寫了基于細長桿理論的系泊線靜、動力分析程序,并對程序有效性進行了理論驗證。對于靜力分析部分的程序驗證,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證靜力分析的準確性。在細長桿模型動力分析驗