本文關(guān)鍵詞：基于小波變換的軟剛臂單點系泊浮式平臺運動響應的試驗研究

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【摘要】：軟剛臂單點系泊系統(tǒng)(Single Point Soft Yoke Mooring System)是一種依靠軟剛臂提供回復力的轉(zhuǎn)塔式單點系泊結(jié)構(gòu),可以為浮式海洋平臺在固定海域的長期作業(yè)提供一個相對安全可靠的系泊方案。浮式平臺在設計、作業(yè)和維護等過程中都需要首先確定其運動響應,物理模型試驗是平臺運動響應研究的一種重要手段,它可以盡可能真實地模擬系泊平臺在實際海況下的運動。在實際工作中浮式平臺的主要荷載來自海浪,海浪的非平穩(wěn)特性造成平臺運動響應也是非平穩(wěn)的,然而傳統(tǒng)的傅立葉變換在對這些非平穩(wěn)信號的分析和處理上存在缺陷。小波變換是時下非常流行的一種信號分析和處理的工具,由于其具有多分辨率特性以及在處理非平穩(wěn)隨機信號上的顯著優(yōu)勢,在海洋工程領域已經(jīng)得到越來越廣泛的應用。本文進行了一個軟剛臂單點系泊的浮式海洋平臺在風、波浪和水流聯(lián)合作用下的運動響應的物理模型試驗,使用基于小波變換的數(shù)據(jù)分析方法,對浮式平臺靜水自由衰減信號的解耦、隨機波浪下運動響應與波浪之間的相關(guān)性、風浪流聯(lián)合作用下波浪群性對運動量的影響三個方面進行了研究。本文首先對軟剛臂單點系泊浮式平臺的物理模型試驗作了詳細介紹,分別從試驗布置、模型介紹、數(shù)據(jù)采集、試驗工況和試驗內(nèi)容五個方面作了系統(tǒng)的說明。隨后簡要闡述了一維連續(xù)小波變換和一維離散小波變換的基本原理,在此基礎上重點介紹了本文所用到的信號解耦方法、小波相關(guān)分析方法以及基于小波變換的波群參數(shù)。然后運用上述方法對試驗結(jié)果進行了深入分析。針對平臺在靜水中的自由衰減試驗,重點分析了橫搖自由衰減信號。運用小波相關(guān)分析的方法得到了橫搖自由衰減過程中,升沉-橫搖和縱搖-橫搖的相關(guān)性的時-頻分布,證明了升沉和縱搖對橫搖的耦合影響。運用基于離散小波變換的信號解耦方法對橫搖自由衰減的原始信號進行了處理,得到了真實信號,采用不同小波基函數(shù)的結(jié)果對比顯示db20小波的解耦效果最佳。針對平臺在隨機波浪下的運動響應試驗,重點分析了平臺的縱蕩、升沉和縱搖運動與波浪的時-頻相關(guān)性。通過波浪與平臺的縱蕩、升沉和縱搖運動的小波互譜和小波相關(guān)譜可以發(fā)現(xiàn)：平臺的縱蕩、升沉、縱搖與波浪之間的相關(guān)性與波浪的局部群性有關(guān),其中升沉、縱搖與波浪的相關(guān)性會隨著波浪局部群性的增減而增減；平臺縱蕩極值是波浪波頻成分和低頻成分共同作用的結(jié)果；縱搖極值的出現(xiàn)主要是由于接近平臺縱搖自振頻率的波浪運動導致的。通過小波相關(guān)分析和傅立葉相關(guān)分析的結(jié)果對比,證明了小波相關(guān)分析方法在非平穩(wěn)波浪與其引起的平臺運動的相關(guān)分析上比傳統(tǒng)傅立葉相關(guān)分析方法更有優(yōu)勢。針對平臺在風浪流聯(lián)合作用下的運動響應試驗,重點分析了波浪群性對平臺縱蕩、升沉和縱搖運動的影響。使用基于一維連續(xù)小波的群高參數(shù)GFW和群長參數(shù)GLW來量化波浪的群性程度,從它們與平臺的運動響應之間的關(guān)系發(fā)現(xiàn)：波列的最大波高隨著群高參數(shù)GFW的增加而增加,隨著群長參數(shù)·GLW的增加而減小,從而導致平臺的縱蕩、升沉和縱搖響應都隨著群高參數(shù)GFW,的增加而增加,隨著群長參數(shù)GLW的增加而減小。同時與波浪同向的定常風和定常流均會減小波列的特征波高且不影響波列的群性特征,但會增強波浪群性對平臺縱蕩響應的影響。
【關(guān)鍵詞】：軟剛臂單點系泊系統(tǒng) 浮式平臺 物理模型試驗 隨機波浪 小波變換 運動響應
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U674.38
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-15
• 1.1 研究的背景和意義10
• 1.2 國內(nèi)外研究概況10-13
• 1.2.1 SYMS運動響應的研究10-11
• 1.2.2 相關(guān)分析方法11-12
• 1.2.3 船體運動的耦合及信號解耦12-13
• 1.2.4 波群的研究及其對浮體運動響應的影響13
• 1.3 本文的主要工作13-15
• 2 試驗概況15-24
• 2.1 試驗總體布置15-16
• 2.2 模型介紹16-19
• 2.3 數(shù)據(jù)采集及儀器19-20
• 2.4 試驗海況20-23
• 2.4.1 波浪的模擬21-22
• 2.4.2 風的模擬22
• 2.4.3 水流的模擬22-23
• 2.5 試驗內(nèi)容23-24
• 2.5.1 靜水自由衰減試驗23
• 2.5.2 不規(guī)則波浪作用試驗23
• 2.5.3 風浪流聯(lián)合作用試驗23-24
• 3 小波分析原理24-36
• 3.1 一維小波變換24-28
• 3.1.1 連續(xù)小波變換(CWT)24-26
• 3.1.2 離散小波變換(DWT)26-28
• 3.2 基于離散小波變換的信號解耦方法28-30
• 3.3 小波相關(guān)分析30-33
• 3.4 基于連續(xù)小波變換的波群參數(shù)33-36
• 4 自由衰減信號的解耦36-44
• 4.1 自由衰減試驗介紹36-38
• 4.2 升沉和縱搖對橫搖的影響38-39
• 4.3 橫搖自由衰減信號的解耦39-42
• 4.4 小結(jié)42-44
• 5 波浪與運動量的相關(guān)分析44-53
• 5.1 小波能譜分析44-46
• 5.2 傅立葉相關(guān)分析46-47
• 5.3 波浪與平臺縱蕩運動的時-頻相關(guān)性47-49
• 5.4 波浪與平臺升沉運動的時-頻相關(guān)性49-51
• 5.5 波浪與平臺縱搖運動的時-頻相關(guān)性51-52
• 5.6 小結(jié)52-53
• 6 波群對系泊平臺運動的影響53-61
• 6.1 風和水流的影響53-56
• 6.2 波浪群性對平臺運動的影響56-58
• 6.3 波浪群性對波高參數(shù)的影響58-60
• 6.4 小結(jié)60-61
• 7 結(jié)論與展望61-63
• 7.1 本文結(jié)論61
• 7.2 研究展望61-63
• 參考文獻63-66
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表學術(shù)論文情況66-67
• 致謝67-69

【參考文獻】

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本文編號：832960