海洋水下管線系統(tǒng)是進(jìn)行海洋科學(xué)研究、海水養(yǎng)殖，油氣開發(fā)等活動的重要技術(shù)裝備，在海洋平臺的油氣輸送、FPSO系泊、水下遙控機器人的臍帶纜等場合運用廣泛。海洋管線的動力學(xué)響應(yīng)特性直接影響到海洋工程裝備的安全性和穩(wěn)定性，因此，對海洋水下管線進(jìn)行水動力學(xué)研究十分必要。 較早時期對海洋管線的研究基本上局限于靜力分析范疇，主要目標(biāo)是得到穩(wěn)態(tài)下的幾何構(gòu)形和張力值。顯然，僅僅進(jìn)行靜力分析無法描述海洋管線在真實海況下受風(fēng)、浪、流綜合作用的運動狀態(tài)。為解決這一問題，人們發(fā)展了多種管線動態(tài)響應(yīng)的建模方法，這其中以凝集質(zhì)量法和有限差分法運用地較為廣泛。 本文對海洋水下管線進(jìn)行了靜力學(xué)分析，推導(dǎo)得到了經(jīng)典懸鏈線方程及靜態(tài)解析解，并在模型驗證部分作為對比的參照系。在此基礎(chǔ)上，基于凝集質(zhì)量法建立了一個海洋水下管線系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)的數(shù)學(xué)--力學(xué)統(tǒng)一模型，推導(dǎo)了各種作用效果的計算公式，以廣義主動力與廣義慣性力相平衡構(gòu)建了系統(tǒng)控制方程。隨后運用Runge-Kutta法對管線模型的控制方程進(jìn)行了數(shù)值求解，設(shè)計算例從柔性管線與剛性管線兩個方面驗證了模型的正確性，并對次水面浮標(biāo)布放作業(yè)和海洋管線鋪設(shè)與回收中的起管作業(yè)進(jìn)行了數(shù)值仿真...

【文章頁數(shù)】：81 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 論文研究背景及其意義
    1.2 問題的提出
    1.3 國內(nèi)外相關(guān)研究成果和動態(tài)
        1.3.1 解析解方法與有限元方法
        1.3.2 凝集質(zhì)量法
        1.3.3 有限差分法
        1.3.4 水下管線系統(tǒng)建模方法的典型特點比較
    1.4 論文主要研究內(nèi)容與關(guān)鍵技術(shù)
        1.4.1 論文主要研究內(nèi)容
        1.4.2 關(guān)鍵技術(shù)與難點
2 管線系統(tǒng)靜力學(xué)分析
    2.1 管線靜力學(xué)分析
    2.2 波浪力的計算
    2.3 本章小結(jié)
3 水下管線系統(tǒng)動力學(xué)建模
    3.1 模型分解說明
    3.2 分段局部坐標(biāo)系
    3.3 運動學(xué)分析
    3.4 廣義慣性力
    3.5 重力、浮力與觸底作用
    3.6 拉壓變形的作用
    3.7 彎矩的作用
    3.8 粘滯阻力
    3.9 附加質(zhì)量的影響
    3.10 建立控制方程
    3.11 邊界條件
4 MATLAB 求解分析與 ORCAFLEX 介紹
    4.1 非線性方程組求解
    4.2 Runge-Kutta 法求解常微分方程
    4.3 MATLAB 程序簡介
        4.3.1 常微分方程(ODE)初值問題 MATLAB 求解
        4.3.2 本文 MATLAB 程序說明
    4.4 ORCAFLEX 簡單介紹與對比
        4.4.1 Orcaflex 模型介紹
        4.4.2 Orcaflex 管線模型的力學(xué)分析
    4.5 本章小結(jié)
5 算例分析與對比
    5.1 驗證算例 1
    5.2 驗證算例 2
    5.3 仿真算例 1
    5.4 仿真算例 2
    5.5 本章小結(jié)
6 全文總結(jié)與展望
    6.1 全文總結(jié)
    6.2 研究展望
參考文獻(xiàn)
在學(xué)研究成果
致謝



本文編號：3794314