船舶鋪管作業(yè)動(dòng)力學(xué)模型研究.pdf

1、深海海底管線(xiàn)鋪設(shè)作業(yè)是深海油氣開(kāi)發(fā)工作的重要環(huán)節(jié)，而通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行仿真評(píng)估是保證管線(xiàn)鋪設(shè)安全的有效手段。本文針對(duì)鋪管作業(yè)過(guò)程仿真對(duì)動(dòng)力學(xué)模型準(zhǔn)確性與實(shí)時(shí)性的雙重要求，考慮鋪管船實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)、管線(xiàn)與非線(xiàn)性剛度海床的耦合作用，開(kāi)展了S型管線(xiàn)、J型管線(xiàn)的靜力學(xué)與動(dòng)力學(xué)模型研究工作。主要內(nèi)容如下：
　　詳細(xì)研究了時(shí)域船舶運(yùn)動(dòng)理論中的輻射力的計(jì)算方法，基于脈沖響應(yīng)方程，利用最小二乘擬合法對(duì)輻射力辨識(shí)方法進(jìn)行了研究，建立了輻射力辨識(shí)模型，并分別采

2、用頻域辨識(shí)與時(shí)域辨識(shí)對(duì)輻射力進(jìn)行了辨識(shí)分析與計(jì)算，在不降低模型精度下獲得一種快速計(jì)算輻射力的方法，為鋪管實(shí)時(shí)動(dòng)力學(xué)模型的研究提供了必要的基礎(chǔ)與支撐。
　　采用風(fēng)洞模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)插值計(jì)算了海風(fēng)力、海流力，利用離線(xiàn)計(jì)算結(jié)果采用多維插值法計(jì)算了波浪力，采用全回轉(zhuǎn)吊艙推進(jìn)器敞水試驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸計(jì)算了推進(jìn)器推力，結(jié)合上述辨識(shí)方法得到的船舶輻射力，建立了鋪管船在波浪中時(shí)域船舶六自由度運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型。對(duì)鋪管船在靜水中與風(fēng)浪流聯(lián)合作用下的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了仿真，

3、并與船模試驗(yàn)及實(shí)船試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析。
　　根據(jù)S型管線(xiàn)形態(tài)與受力特點(diǎn)，將管線(xiàn)分為托管架段，中間段，懸浮段，邊界層段與觸地段五個(gè)部分。在模型研究中，考慮了中間段與邊界層段中彎矩對(duì)管線(xiàn)的影響，以及管線(xiàn)與彈性海底的耦合作用，并忽略懸浮段彎矩因素的次要影響，根據(jù)各段間的位移、傾角、受力與彎矩連續(xù)性邊界條件，采用牛頓迭代法對(duì)該模型進(jìn)行了解算，分析了管線(xiàn)壁厚與管線(xiàn)直徑的變化對(duì)S型管線(xiàn)的形態(tài)與受力的影響。
　　在J型管線(xiàn)與非線(xiàn)性剛度

4、海床耦合數(shù)學(xué)模型研究中，將管線(xiàn)分為水中懸浮段與觸地段，建立了水中懸浮段數(shù)學(xué)模型并采用數(shù)值迭代法進(jìn)行求解，建立了在觸地段考慮管線(xiàn)與非線(xiàn)性剛度海床的耦合作用的數(shù)學(xué)模型并采用有限差分法進(jìn)行求解，根據(jù)各段間的位移、傾角、受力與彎矩連續(xù)性邊界條件對(duì)管線(xiàn)整體形態(tài)與受力進(jìn)行了計(jì)算，并分析和討論了泥線(xiàn)抗剪強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度梯度和外管徑等參數(shù)變化對(duì)管線(xiàn)的影響。
　　針對(duì)J型鋪管動(dòng)力學(xué)模型的實(shí)時(shí)性要求，采用數(shù)值離散方法，將管線(xiàn)簡(jiǎn)化為離散的集中質(zhì)量點(diǎn)，以鋪