基于升沉补偿的水下超大型装备下放安装多体动力学研究

• 作 者: 赫东海
• 出 处: 中国石油大学(北京)
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 水下下放安装 超大型水下结构物 HCLS 升沉补偿 多体动力学

水下结构物的升沉稳性是影响水下结构物下放系统承载能力的重要方面,提升水下结构物下放系统升沉补偿性能也是提高其下放能力的重要途径,然而,目前针对水下结构物下放系统的升沉稳性或升沉补偿性能的研究一直未受到关注。本文以下放超大型水下结构物为研究背景,提出了一种基于升沉补偿的水下结构物下放系统——HCLS,以研究作用在下放系统的扰动力特性为问题切入点,通过分析系统扰动和系统共振特性,对HCLS的升沉稳性和升沉补偿特性进行了多体动力学研究,主要内容如下:1.完成了准静态系统HCLS的结构设计与强度校核。以API等规范为设计依据,完成了对系统主要部件的强度设计与选型,校核了关键部件强度,确定了系统的危险点,系统结构强度达到了运用静力方法设计水动力装备的要求。2.运用全耦合方法分析了HCLS静水力特性。首先,校核了HCLS的静水强度,校核结果与准静态强度设计结果对比,初步验证了准静态强度设计的合理性。然后,建立了缆-筒-体多体耦合模型,分析了HCLS在静水中时间维度上的升沉运动特性与承力部件的力学特性,为系统动力响应分析提供了基础结果参照。3.运用非耦合和全耦合分析两种方法,基于振动分析研究了HCLS的动力特性。在非耦合动力特性分析中,将HCLS分成悬链线系统和主体下放系统两个部分,重在分析影响主体下放系统稳性的扰动源的振动特性,以及主体下放系统的共振特性。首先,基于悬链线理论和集中质量法,建立了悬链线缆力学理论模型,利用MATLAB编程求解,分析了悬链线缆的扰动传导特性,即扰动源振动特性,并利用Ocra Flex验证了理论计算结果的正确性;然后,通过主体下放系统模态特性分析,得到HCLS的扰动共振特性。在全耦合动力特性分析中,基于三维势流理论,建立了HCLS全耦合数值模型,分析了HCLS的水动力频域特性。通过非耦合和全耦合计算结果对比,初步分析了扰动下的系统共振特性。4.研究了HCLS在不规则波下的频域和时域水动力响应。在频域中,主要分析了下放结构物的RAOs与运动响应统计值;在时域中,分析了系统的位移响应和承力部件的力学响应等,其中,重点分析了HCLS的升沉补偿性能,确定了共振对系统升沉稳性的影响特性。最后,给出了基于升沉稳性的结构设计优化方案。