深水柔性立管非線性靜動(dòng)力分析.pdf

1、傳統(tǒng)柔性立管和鋼懸鏈線立管(SCR)都屬于海洋工程中的細(xì)長(zhǎng)柔性桿件,它們有相同的動(dòng)力響應(yīng)特性:即二者都以其大位移及大角度的運(yùn)動(dòng)來抵抗浮式平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)和水動(dòng)力荷載,也就是說幾何非線性是其結(jié)構(gòu)分析的一個(gè)突出特點(diǎn)和求解難題。正是從結(jié)構(gòu)力學(xué)特性的角度,本文將傳統(tǒng)的柔性立管和鋼懸鏈線立管統(tǒng)一歸結(jié)為柔性立管,并且主要關(guān)注其幾何非線性特性。
　　 在常用的求解大變形問題的三種方法中——集中質(zhì)量法、有限差分法和有限元法,本文選取了一種特別的基于絕

2、對(duì)坐標(biāo)系的細(xì)長(zhǎng)柔性桿有限元模型來分析柔性立管,該模型通用性強(qiáng),可模擬海洋工程中的各種柔性桿件結(jié)構(gòu),如立管、錨線等。該模型的最大優(yōu)點(diǎn)是其控制方程直接在全局坐標(biāo)系下推導(dǎo)得到,而且包括了全部幾何非線性,因而省卻了在不同坐標(biāo)系間進(jìn)行坐標(biāo)變換的繁瑣。借鑒文獻(xiàn),本文并推導(dǎo)得到了考慮內(nèi)流作用的細(xì)長(zhǎng)柔性桿模型,然后對(duì)控制方程應(yīng)用有限元法在空間域內(nèi)進(jìn)行離散。這樣,柔性立管的靜力分析問題可由非線性方程的經(jīng)典解法一牛頓-拉弗森法(Newton-Raphson

3、)迭代求解,針對(duì)其動(dòng)力問題本文采用了Adams-Moulton和Newmark-β兩種積分方法求解。在海床模擬方面,本文模型考慮了由海床提供的彈性阻尼力和摩擦力,其中海床提供的豎向支持力以二次彈簧來模擬。
　　 作者基于上述理論編制了柔性立管計(jì)算分析程序,并對(duì)程序有效性進(jìn)行了理論驗(yàn)證。隨后對(duì)幾個(gè)柔性立管——柔性軟管、鋼懸鏈線立管、懶惰型及陡峭型波浪立管的算例分析表明,該程序可以勝任一些典型柔性立管的分析工作,為進(jìn)一步精細(xì)研究柔性