考虑松弛-张紧效应深海系缆冲击张力研究

在深海采油系统中，当系泊的平台浮体发生大幅运动时，系泊缆绳会发生松弛-张紧的变化，引起缆绳内张力的迅速增大，导致缆绳的破坏。本研究针对系缆的实际布置状况，考虑系缆松弛-张紧效应，建立系缆松弛-张紧状态的动力学方程。研究缆绳内质点的运动特性，分析缆绳上不同位置的运动速度和加速度，确定平台浮体运动引起的松弛-张紧过程缆绳上运动最剧烈位置，分析该位置的冲击运动动力特性，包括运动失稳、概周期、分岔和混沌运动。研究缆绳松弛-张紧过程冲击张力的变化规律，考虑缆绳大变形，分析缆绳的不同位置处的冲击张力与缆绳运动、速度和加速度之间的关系，确定引起缆绳冲击张力时浮体运动的临界参数域。本成果可揭示高海情下缆绳松弛-张紧过程的复杂动力学特性和转变机理，发现系泊系统更为复杂的动力学行为及其发生的条件，揭示缆绳破坏的机理和控制方法，为海洋工程系泊系统的设计和安全评估奠定理论基础。

在深海采油系统中，当系泊的平台浮体发生大幅运动时，系泊缆绳会发生松弛-张紧的变化，引起缆绳内张力的迅速增大，导致缆绳的破坏。.本研究针对系缆的实际布置状况，考虑系缆松弛-张紧效应，建立了系缆松弛-张紧状态的动力学方程，分析了系缆的运动特性，发现系泊系统在松弛-张紧状态的运动与松弛、张紧不同，存在概周期和倍周期运动。采用双曲函数展开法，计算得到了系缆的张力曲面，发现系统中存在多解现象，而松弛-张紧的出现是其中的两种。采用实验方法，研究了系缆松弛-张紧情况下的张力问题，测试得到了不同参数条件下的冲击张力；测试分析了缆绳内张力的波动特性，得到激励端与固定端的张力有相位差，发现其大小与缆绳长度、激励频率、缆绳材料等因素有关。设计了三维非接触式测量系统，测试得到缆绳的倍周期运动特性，证明缆绳的运动特性分析的正确性。本文的一些研究方法在斜拉索桥的拉索、覆冰输电导线舞动等方面也得到了应用。.本项目的研究成果，目前发表论文12篇，其中sci检索论文4篇，Ei检索论文9篇，培养毕业硕士研究生3名，在读博士生2名。