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Spar平台在风、浪、流中的运动预测与分析

作　者: 许国春
导　师: 孙丽萍
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: Spar平台细长体运动非线性预测与分析
分类号: U674.381
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 63次
引　用: 1次
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内容摘要

本文的主要研究内容为预测与分析 Spar平台在风、浪、流载荷及锚泊力共同作用下的运动,同时本文考察了三种计算流载荷的方法。此外,本文还以经典式Spar平台为研究对象分析了计算大直径圆柱结构水动力的三种方法。本文采用完全细长体公式计算Spar平台的波浪力,尤其是桁架式Spar平台桁架结构水动力的计算,它是完全细长体公式应用的进一步拓展。风载荷根据API规范中的方法进行计算,风速随着距离海平面高度的不同而变化。本文考虑的流为均匀流,在整个水深范围内流速为常数,通过流速与波浪水质点速度相叠加的方法计及流载荷对Spar平台运动的影响。在进行运动计算时,Spar平台被假设为刚体,采用刚体的完全非线性运动方程描述Spar平台的运动。最后本文在Q.W.Ma&M.H.Patel三个自由度经典式Spar平台运动计算程序的基础上,将其拓展为计算经典式与桁架式Spar平台在风、浪、流及锚泊共同作用下的六个自由度运动。本文利用上述运动计算程序分别对一座经典式Spar平台与一座桁架式Spar平台进行运动预测与分析,主要研究内容与结果如下：(1)比较本文的计算结果与实验结果,比较结果良好,同时本文还将Spar平台在特殊浪向及流向下的运动计算结果与理论预测结果进行验证,本文程序的计算结果与理论预测结果相一致,这些都充分验证了本文计算程序的可靠性。(2)预测经典式Spar平台在风、任意方向波、任意方向流及锚泊共同作用下的六个自由度运动。(3)以经典式Spar平台为研究对象,研究了计算大直径圆柱结构水动力的三种方法,研究结果表明随着波浪周期的增大三种方法的计算结果明显不同。(4)预测桁架式Spar平台在风、任意方向波、任意方向流及锚泊共同作用下的六个自由度运动。(5)通过经典式与桁架式Spar平台考察了三种计算流载荷的方法。研究结果表明流载荷的计算方法对Spar平台的运动计算结果影响较大。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-20
  1.1 本文的研究背景及意义  10-11
  1.2 SPAR平台的发展与研究现状  11-17
    1.2.1 SPAR平台的发展及组成  11-14
    1.2.2 研究现状  14-17
  1.3 本文的研究内容  17-20
第2章作用在SPAR平台上的环境载荷  20-38
  2.1 波浪载荷  20-30
    2.1.1 波浪边值问题的建立  20-22
    2.1.2 线性波浪理论  22-25
    2.1.3 波浪理论的修正  25-28
    2.1.4 波浪载荷的计算  28-30
  2.2 风载荷  30-32
    2.2.1 风速的计算  30-31
    2.2.2 风载荷的计算  31-32
  2.3 流载荷  32-37
    2.3.1 流速的计算  33
    2.3.2 波流的相互作用  33-36
    2.3.3 流载荷的计算  36-37
  2.4 本章小结  37-38
第3章 SPAR平台运动方程的建立  38-50
  3.1 坐标系的建立  38-39
  3.2 运动方程的建立  39-42
  3.3 运动方程的描述  42-43
  3.4 运动方程中力与力矩的计算  43-48
    3.4.1 方程中力的计算  44-47
    3.4.2 方程中力矩的计算  47-48
  3.5 本章小结  48-50
第4章 SPAR平台运动方程的数值计算  50-60
  4.1 数值计算SPAR平台的瞬时湿长度  50-51
  4.2 数值计算SPAR平台的合外力  51-55
    4.2.1 水动力与静水力的数值计算  51-54
    4.2.2 锚泊力的数值计算  54-55
    4.2.3 风载荷的数值计算  55
  4.3 数值计算SPAR平台的运动  55-58
  4.4 本章小结  58-60
第5章经典式SPAR平台的运动预测与分析  60-82
  5.1 经典式SPAR平台在波浪中的运动预测与分析  61-70
    5.1.1 计算程序的验证  61-62
    5.1.2 计算结果与实验结果的比较  62-64
    5.1.3 预测经典式SPAR平台在波浪中的运动  64-67
    5.1.4 分析计算SPAR平台波浪力的三种方法  67-70
  5.2 经典式SPAR平台在波流中的运动预测与分析  70-79
    5.2.1 计算程序的验证  70-73
    5.2.2 预测经典式SPAR平台在波流中的运动  73-75
    5.2.3 考察计算流载荷的三种方法  75-79
  5.3 经典式SPAR平台在风、浪、流中的运动预测与分析  79-80
  5.4 本章小结  80-82
第6章桁架式SPAR平台的运动预测与分析  82-100
  6.1 计算桁架式SPAR平台的水动力  83-85
  6.2 桁架式SPAR平台在波浪中的运动预测与分析  85-91
    6.2.1 计算程序的验证  85-87
    6.2.2 计算结果与实验结果的比较  87-88
    6.2.3 预测桁架式SPAR平台在波浪中的运动  88-91
  6.3 桁架式SPAR平台在波流中的运动预测与分析  91-98
    6.3.1 计算程序的验证  92-93
    6.3.2 预测桁架式SPAR平台在波流中的运动  93-96
    6.3.3 考察计算流载荷的三种方法  96-98
  6.4 桁架式SPAR平台在风、浪、流中的运动预测与分析  98-99
  6.5 本章小结  99-100
结论  100-102
参考文献  102-106
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  106-108
致谢  108

Spar平台在风、浪、流中的运动预测与分析

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