Spar平臺垂蕩-縱搖耦合非線性運動特性研究.pdf

1、Spar平臺為適應(yīng)水深500米～3000米的新型平臺。由于其構(gòu)造的特點，垂蕩和縱搖頻率比較接近，而縱蕩頻率遠(yuǎn)低于垂蕩和縱搖頻率，因此，考慮垂蕩和縱搖之間的耦合關(guān)系，研究平臺耦合運動的非線性動力學(xué)特性，對于全面認(rèn)識和把握平臺在復(fù)雜海洋環(huán)境下的運動特征，確保平臺安全，意義重大。本課題應(yīng)用非線性動力學(xué)理論和方法，研究Spar平臺在復(fù)雜海洋環(huán)境載荷作用下的非線性運動特性和運動穩(wěn)定性，以及考慮系泊張力影響時的平臺垂蕩與縱搖運動耦合特性分析。本文主

2、要工作和結(jié)論如下： 綜述了深海平臺的發(fā)展現(xiàn)狀，重點對Spar平臺國內(nèi)外研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述，分析和評述了Spar平臺運動特性方面存在的主要問題，明確了本文的研究方向。 將Spar平臺簡化為孤立、截斷、直立漂浮柱體，應(yīng)用一階繞射理論編程求得垂蕩和縱蕩的波浪激勵力、縱搖的波浪激勵力矩；應(yīng)用一階輻射理論計算縱蕩的附加質(zhì)量系數(shù)和附加阻尼系數(shù)、垂蕩的附加質(zhì)量系數(shù)和附加阻尼系數(shù)及縱搖的附加轉(zhuǎn)動慣矩系數(shù)和附加轉(zhuǎn)動阻尼力矩系數(shù)。

3、為適應(yīng)求解垂蕩與縱搖耦合運動的線性強參數(shù)激勵方程，提出了強參數(shù)激勵Mathieu方程的求解方法，通過引入新的變換，將強參數(shù)激勵問題轉(zhuǎn)化為弱參數(shù)激勵問題，應(yīng)用改進(jìn)的變形參數(shù)法求其二階近似周期解和過渡曲線。通過過渡曲線確定了不穩(wěn)定區(qū)域，研究了周期解的穩(wěn)定性，得到了判斷發(fā)生倍周期分岔的參數(shù)值。 忽略系泊張力影響，考慮垂蕩與縱搖之間的耦合關(guān)系，建立Spar平臺主體垂蕩與縱搖耦合運動的非線性參激方程，垂蕩運動方程考慮波浪激勵力的影響而縱搖

4、運動方程忽略波浪激勵力矩的影響。在平臺垂蕩與縱搖固有頻率比近似滿足2：1內(nèi)共振關(guān)系時，獲得分岔響應(yīng)方程，研究平臺運動的局部分岔特性和周期解的穩(wěn)定性。分析了內(nèi)共振情況下，Spar平臺運動特性有滲透和跳躍現(xiàn)象發(fā)生。在不考慮阻尼且波浪頻率、垂蕩固有頻率與縱搖固有頻率滿足一定關(guān)系時，零解會發(fā)生Hopf分岔。根據(jù)Routh-Hurwitz判據(jù)，得到垂蕩運動非零解的穩(wěn)定區(qū)域，增大縱搖阻尼可減小垂蕩運動的不穩(wěn)定區(qū)域。 考慮波浪頻率是垂蕩與縱搖