单点系泊系统的动力学研究摘要单点系泊系统是海洋工程、海洋观测、海洋养殖等领域最常用的定位方式之一。由于单点系泊系统具有结构简单，方向性好、成本低等特点，其应用领域十分广泛。本文建立了单点系泊系统的动力学模型，分析了在海洋环境下系泊系统从投放使用至0工作过程中的动力学响应和所受载荷，为深入理解系泊系统的动力学机理，预报系泊系统的动态性能，保证系统的完整性和可靠性提供了理论依据。本文采用基于集中质量的多边形近似法研究了单点系泊系统的静力学问题。基于系泊系统的离散模型，采用迭代的方法求得各节点的稳态位置及各段缆索受到的张力，获取了系统的工作姿态及缆索张力分布情况。建立了布放过程中的单点系泊系统非线性动力学模型，基于集中质量一弹簧模型，考虑缆索的弹性变形和各部分流体水动力作用，模拟了系泊系统的布放过程，在时域内计算了该过程系统的姿态、运动和受力情况，探讨了不同参数对布放响应的影响。研究了系泊系统在波浪激励下工作的动力学响应，并基于动力学模型对浮标系统静态姿态进行了计算。本文在静力学及动力学分析和计算的基础上，丌发了单点系泊系统动力学分析软件。该软件通过友好的用户界面输入系泊系统参数，通过调用计算程序，直观地显示系泊系统姿态、运动、受力曲线以及实现系统工作过程的动画模拟。关键词：单点系泊系统；集中质量法；动力学响应；时域StudyonDynamicsofSingIe—PontMooringsystemsAbstractThesingle—pointmooringsystem(SPMS)fixingoceanstmctureinthe6eldofmarineisoneofthemostimportanttypesforengineering，oceanobserVations，andaquaculture．Single—pointmooringsystemshaVetheadVantagesofsimplestmcture，gooddirectivity，andlowcost．However，undertheharshseaconditionSPMsystemsoRensuf-fercomplexandserious10adsintheprocessofdeployment，operationandrecovery．Inthisthesis，dynamicanalysisofSPMSiscarriedouttodeeplystudythemechanismofdynamics，predictthepe墒nnanceofmooringsystems，andproVidethe也eorybasisforthesecurityofsyStems’integrityaIldreliability．Apolygonapproximationmethodbasedonlumpedmasshasbeenappliedtostudythestaticsofthesingle—pointmooringsystem．Byusinglumpedmassmodelanditerativeapproach，theattitudeandtensiondistributionofthesystemareobtainedbyalinearinte叩olationmemod．Dvn锄icmodelofSPMSisalsodevelopedtakingimoaccountthenonlinear蠡lctorsofnexibilitvofthecable／chainaJldtheeffectsofnuidineniaforces．MotionofSPMSissimulatedduringdeploymentbyusingnumericaltecllIliqueintimedomain．Theinnuencesofcurrent，massandinitialpositionsondynamicresponsearealsogiven．DynamicresponseofSPMSunderregularwaVeexcitationisanalyzed，andthestaticpr06lesofSPMSarealsoanalyzedbasedonthedynamicmodel．AprogrampackageondynamicresponseofSPMSisdeVelopedonthebasisofdynamicsanalysis．ThroughitparameterscanbeinputtedconVenientlybyuse卜friendlvinterface，andthemotioncurves，tablesaJldanimationofresponsecanbeshownintuitivelyinthesoRware．Keywords：single．pointmooringsystem；lumpedmassmethod；dynamicresponse；timedomain单点系泪系统的动力学研究1绪论1．1引言随着科技的进步，人类对海洋的开发利用进入了快速发展的阶段。任何形式的开发利用都离不开工程设备，如海洋平台、船舶、水下探测器、海底观测站等。然而这些设备无一例外地需要系泊定位，才能长期在一定的区域内稳定可靠地工作。采用单点系泊系统进行定位是海洋工程、海洋观测、海洋养殖等领域最常用的定位方式之一。在海洋工程领域，图1．1(a)所示的单点系泊储油装置和卸油装置的应用极为广泛。单点系泊油轮不用靠港，在离岸足够深的水域和单点系泊浮筒连接，通过浮筒下端的管道进行输油和储油。这解决了世界上绝大多数港口航道狭窄、水浅，不能匹配大型油轮和超大油轮的问题，为海洋石油开采和海上运输中转的历史翻开了崭新的一页...
