组合式超大型浮体结构外荷载作用下水弹性响应研究

来源 :石家庄铁道大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:zx20060522
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为了构建稳固可靠的超大型海洋操作平台,深入研究浮体结构的水动力响应问题就显得尤为重要。由于箱型超大型浮体结构水平尺寸远大于其高度尺寸,是典型的扁平结构,这样浮体结构的竖向刚度相对较小,就有必要考虑其弹性变形。由于尺寸巨大及实验各个方面的限制,使得试验研究的难度很大,所以理论研究超大型浮体结构的水弹性响应特性具有实际意义。由于浮体尺寸很大,为了运输、安全等各个方面的方便快捷,都要求浮体设计实现模块化,并通过一定的连接方式(本文以具有不同扭转刚度的铰连接来模拟)就能快速完成组装。为了满足实际工程设计的需要,连接设计的合理性需要满足水动力响应最基本的要求。同时浮体结构在实际工程中会受到浮体上外载荷的影响,所以在超大型浮体结构的设计和建造过程中,研究浮体结构在外载荷作用下的动响应问题具有十分重要的意义。文中以通过铰连接的两个箱式浮体结构物组合模型为例,研究了组合超大型浮体结构在不同周期外荷载作用下各项参数以及其连接刚度对其水弹性响应的影响规律。本文具体研究工作如下:首先根据相应的理论知识,建立了简化的组合超大型浮体结构的简化计算模型。同时根据线弹性理论及Mindlin厚板动力学理论,建立了组合式超大型浮体结构的控制方程和混合边界条件,并对有关的物理量和相应的表达式进行无量纲化。采用Wiener-Hopf方法,傅里叶变换,刘维尔定理,留数定理等理论,推导出关于中间广义函数的无穷代数方程组。最终通过求解无穷代数方程组,进一步得到在外荷载作用下浮板内动挠度和动弯矩幅值的分布。其次,可根据参考文献[51]对浮板的铰连接刚度的值以及其他参数进行取值,验证以组合超大型浮体结构为研究对象所得到的理论结果的可靠性和正确性,从而直接证明本文方法的正确性。同时,通过选取不同模态数来验证本方法求解结果的收敛性,间接证明本文方法的可行性和可靠性。再次,针对不同周期荷载作用,研究了在铰连接位置固定的前提下,铰扭转刚度对组合超大型浮体结构的水弹性响应的影响规律。另外研究了在铰扭转刚度不变情况下,铰连接位置对组合式浮体结构动响应的影响规律。最后,从减振方面考虑,通过对载荷作用的模块各参数及连接刚度进行优化分析,得到合理的模块参数和铰扭转刚度,以达到最大程度降低其对无外载荷作用浮体模块的动响应幅值。
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