The invention proposes a mooring damping numerical calculation method, which can accurately calculate the damping contribution of mooring system to the dynamic response of floating structures. First, the central mass method or nonlinear finite element method is used to calculate the motion response of the anchorage line at the top of the forced displacement, and the position and velocity of each micro segment of the mooring line are obtained. Then, the angle, normal and tangent velocity of each element are calculated, and the normal and tangent drag force of the anchorage line is solved based on the Morison formula. At last, the work of the drag force of the mooring line in one period of motion is calculated and the energy consumed in a mooring line can be obtained in a period of time, and the equivalent linearized anchorage damping coefficient can be obtained. The method provided by this invention has high accuracy, at the same time it can not only evaluate the damping contribution of the anchorage line, but also study the contribution ratio of the length of the anchor line to the overall damping in the mooring line, and provide reference for the design of the mooring system.
【技术实现步骤摘要】
一种锚泊阻尼数值计算方法
本专利技术属于海洋工程应用领域,涉及一种海洋浮式结构物锚泊线阻尼计算方法,适用于单一成分和多成分锚泊线的阻尼分析。
技术介绍
海洋浮式结构物锚泊系统计算分析时,研究锚泊阻尼的机理并正确计算锚泊系统对海洋浮式结构物运动响应的阻尼贡献,对于准确预报浮式结构物的运动响应和锚泊线受力具有重要意义。对于锚泊阻尼的研究,目前主要有三种方法:准静态分析法、时域有限元指示图法和模型试验法。准静态分析法假设锚泊线在浮式结构物一个运动周期内时刻都处于准静态状态,基于悬链线方程计算得到锚泊线在平衡位置以及两个最大振幅位置时各个锚泊线单元节点的位置坐标,利用相关公式进行推导计算得出锚泊线在一个运动周期内消耗的能量,进而得到锚泊线等效线性化阻尼系数。时域有限元指示图法,假设在锚泊线顶端施加正弦运动强迫激励,通过时域有限元法计算锚泊线动力响应,得到一个运动周期内锚泊线顶端水平位移-水平张力封闭指示图曲线,该曲线的面积即为锚泊线消耗的能量,进而得到锚泊阻尼。模型试验方法包括自由衰减试验方法和试验指示图法两种:自由衰减试验方法是分别进行不连接锚泊系统的浮式结构和连接锚泊系统的浮式结构自由衰减试验,计算两者试验结果的差值即可得到锚泊系统的阻尼贡献;试验指示图法与时域有限元指示图法计算原理一样,只是锚泊线顶端的水平位移和水平张力时程是通过试验获得。总体来说,现有锚泊阻尼计算方法中,准静态分析法计算快速,可以计算分段锚泊线阻尼,但是该方法计算结果不够精确,而且仅适用于锚泊线顶端运动十分缓慢即锚泊线顶端处于低频振荡运动的情况。时域有限元指示图法,可以考虑系泊线在运动过程 ...
【技术保护点】
1.一种锚泊阻尼数值计算方法,其特征在于,该计算方法忽略锚泊线(1)与海床(4)的接触摩擦阻尼作用,包括以下步骤:第一步:求解锚泊线运动响应在总体坐标系x‑z下建立锚泊线数值模型;将锚泊线(1)划分成若干微段单元,顶端单元节点与浮式结构物(2)相连,底端单元节点与锚(3)相连,作为固定节点;在顶端浮式结构物(2)上施加水平方向的强迫位移激励,计算锚泊线(1)在顶端浮式结构物(2)强迫位移激励下的运动响应,得到锚泊线(1)各微段节点的位置和速度;第二步:求解锚泊线所受拖曳力根据第一步中锚泊线(1)运动响应的计算结果,提取总体坐标系x‑z下锚泊线各微段节点在一个稳定周期内任一时刻的位置和速度,进而通过坐标转换,计算得到各微段单元的角度、法向速度和切向速度;利用Morison公式求解各微段单元受到的法向和切向拖曳力;第三步,计算锚泊线运动耗散能量结合上一步计算得到的拖曳力和相应速度,计算稳定周期内任一时刻锚泊线微段单元所受拖曳力的做功:对一个完整运动周期T内所有时刻锚泊线(1)全部微段单元所受拖曳力做功积分求和,即可得到整根锚泊线在一个周期T内耗散的能量E:
【技术特征摘要】
1.一种锚泊阻尼数值计算方法,其特征在于,该计算方法忽略锚泊线(1)与海床(4)的接触摩擦阻尼作用,包括以下步骤:第一步:求解锚泊线运动响应在总体坐标系x-z下建立锚泊线数值模型;将锚泊线(1)划分成若干微段单元,顶端单元节点与浮式结构物(2)相连,底端单元节点与锚(3)相连,作为固定节点;在顶端浮式结构物(2)上施加水平方向的强迫位移激励,计算锚泊线(1)在顶端浮式结构物(2)强迫位移激励下的运动响应,得到锚泊线(1)各微段节点的位置和速度;第二步:求解锚泊线所受拖曳力根据第一步中锚泊线(1)运动响应的计算结果,提取总体坐标系x-z下锚泊线各微段节点在一个稳定周期内任一时刻的位置和速度,进而通过坐标转换,计算得到各微段单元的角度、法向速度和切向速度;利用Morison公式求解各微段单元受到的法向和切向拖曳力;第三步,计算锚泊线运动耗散能量结合上一步计算得到的拖曳力和相应速度,计算稳定周期内任一时刻锚泊线微段单元所受拖曳力的做功:对一个完整运动周期T内所有时刻锚泊线(1)全部微段单元所受拖曳力做功积分求和,即可得到整根锚泊线在一个周期T内耗散的能量E:其中,为微段单元I所受法向拖曳力做功,为微段单元I所受切向拖曳力做功,L为全部微段单元长度,ρ为海水密度,和分别为单元I的法向和切向拖曳力系数,DI为单元I的等效直径,分别为t时刻单元I的法向速度和切向速度;如果需要计算其中某一段锚泊线L′耗散的能量,只需对该分段锚泊线包含的所有微段拖曳力做功积分求和:其中,L1和L2之间为所求的分段锚泊线;第四步,通过上一步求得的锚泊线运动耗散的总能量根据式(15)计算锚泊线等效阻尼系数:其中,E为一个运动周期T内锚泊线耗散的能量,A0为激励振幅。2.根据权利要求1所述的一种锚泊阻尼数值计算方法,其特征在于,所述的第二步求解锚泊线所受拖曳力包括以下内容:令微段单元I两端节点为i和i+1,在t时刻的位置和速度分别为和其中,为t时刻i节点...
【专利技术属性】
技术研发人员:乔东生,闫俊,欧进萍,
申请(专利权)人:大连理工大学,
类型:发明
国别省市:辽宁,21
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