一种延伸系泊线尺度模拟张力动态相似的模型试验方法技术

本发明专利技术属于浅水海洋工程浮式结构系泊系统模型试验技术领域，具体涉及一种延伸系泊线尺度模拟张力动态相似的模型试验方法。本发明专利技术针对当水池实际深度大于试验需求水深时试验水池由于没有假底而无法进行试验的问题，通过设计一套等效的延伸系泊系统，结合系泊静动力程序和优化算法，达到与原系泊系统相似的效果。本发明专利技术通过设定合理的延伸原则，结合系泊线的静力和动力分析，保证延伸前后单根系泊线和系泊系统的静力和动力特性一致。本发明专利技术扩大了现有无假底海洋工程水池的使用范围，节约了水池改造的巨大成本，可应用于近海海洋工程模型试验。型试验。型试验。

【技术实现步骤摘要】
一种延伸系泊线尺度模拟张力动态相似的模型试验方法


[0001]本专利技术属于浅水海洋工程浮式结构系泊系统模型试验
，具体涉及一种延伸系泊线尺度模拟张力动态相似的模型试验方法。

技术介绍

[0002]浮式风机、海洋牧场和浅水FPSO等都是典型的近海海洋工程浮式结构，其系泊系统的准确定位必不可少。为了检验系泊系统设计的可靠性和合理性，在海洋工程水池进行模型试验是重要的一个环节。
[0003]由于系泊系统为发散型布置，缩尺后，对试验水池在跨度和深度方向都有相应的要求。为了适应不同类型、不同作业水深的系泊系统，现有的海洋工程水池尺度已经尽量加大，并配备假底设施。假底是与水池长宽尺度相同的大面积可升降结构，通常由钢材、玻璃钢或混凝土制作的浮箱连接组合而成，实现对不同试验水深的调节。但是，目前仍然还有很多水池没有安装可升降假底。在这类水池进行系泊系统模型试验时，由于水池深度是固定的，如果按照原本的缩尺比进行模型试验，由于无法固定系泊系统将导致试验不能正常开展。
[0004]当水池实际深度大于试验需求水深时，除了应用假底，目前还没有提出可行的方案。因此，本专利技术提出对浅水浮式结构的原系泊系统进行尺度延伸达到动态系泊张力相似，即延伸系泊系统。延伸后系泊线长度和跨度将增大，以系泊张力静态相似和动态相似为判据，对系泊系统各项参数进行详细的等效设计。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服海洋工程水池没有可升降假底的问题，提供一种延伸系泊线尺度模拟张力动态相似的模型试验方法。
[0006]本专利技术的目的通过如下技术方案来实现：包括以下步骤：
[0007]步骤1：获取实际系泊系统的作业水深H
s
、试验缩尺比1:λ、试验水池深度H，且所述的实际系泊系统由N1根相同的系泊线组成，获取每根系泊线的段数N2，获取每段系泊线的长度L
ns
、轴向抗拉刚度EA
ns
、水中单位长度质量w
ns
、直径D
ns
，获取系泊线水平方向跨度S
s
；n＝1,2,...,N2；
[0008]步骤2：确定延伸系泊系统作业水深为H
y
＝H*λ，确定延伸因子为所述的延伸系泊系统中系泊线的数量、布局及每根系泊线的段数与实际系泊系统一致；确定待设计的延伸系泊系统中每段系泊线的长度L
ny
、轴向抗拉刚度EA
ny
、水中单位长度质量w
ny
、直径D
ny
的取值范围为：
[0009][0010][0011][0012][0013]所述的待设计的延伸系泊系统中系泊线水平方向跨度S
y
根据试验水池的实际布局直接确定，且满足S
s
≤S
y
≤水池实际允许跨度；
[0014]步骤3：基于延伸前后系泊线静态特性相似，通过多目标优化算法，对延伸系泊系统中每段系泊线的长度L
ny
、轴向抗拉刚度EA
ny
、水中单位长度质量w
ny
进行优化设计；静力分析时，针对每组参数(L
ny
,EA
ny
,w
ny
)对应的延伸系泊系统，在系泊线顶端施加不同位移，获得延伸前后单根系泊线受力和系泊系统的水平恢复力，并进行比较；优化过程中，如果超过最大进化代数的设定值，或者目标函数变化的相对函数值已小于适应度函数偏差设定值，则优化计算停止，选取对应水平力、垂向力、系泊力和水平恢复力四个受力误差均相对最小的点作为最优解，得到一组最优的系泊线参数(L
ny
,EA
ny
,w
ny
)；
[0015]优化设计的目标函数如下：
[0016][0017][0018][0019][0020]其中，j为在系泊线顶端施加位移的编号；k为在系泊线顶端施加不同位移的总数量；和分别是延伸前后系泊线顶端在编号j位移下的水平力；和分别是延伸前后系泊线顶端在编号j位移下的垂向力；和分别是延伸前后系泊线顶端在编号j位移下的系泊力；和分别是延伸前后整个系泊系统在编号j位移下的水平恢复力；
[0021]步骤4：基于延伸前后系泊线动态特性相似，通过多目标优化算法，对延伸系泊系统中每段系泊线的直径D
ny
进行优化设计；动力分析时，在单根系泊线顶端施加不规则的随机运动，得到延伸前后系泊力的时历曲线；优化计算停止时，选取对应水平力、垂向力、系泊力和水平恢复力四个受力误差均相对最小的点作为最优解，得到最优的延伸系泊系统中每段系泊线直径D
ny
；
[0022]优化设计的目标函数为：
[0023][0024][0025][0026]其中，i为在时域结果中选取的时刻点的编号；m为在时域结果中选取的时刻点总数；和分别是延伸前后系泊线顶端在时刻点i的水平系泊力；和分别是延伸前后系泊线顶端在时刻点i的垂向系泊力；和分别是延伸前后系泊线顶端在时刻点i的系泊力；
[0027]步骤5：根据获取的延伸系泊系统的各项参数，进一步通过系泊分析软件，计算分析并比较延伸前后系泊系统的静力和动力特性；若不满足试验需求，则返回步骤3重新进行优化设计。
[0028]本专利技术还可以包括：
[0029]在静力和动力相似的情况下，与原系泊线相比，延伸后的系泊线总长度大于原系泊线长度，直径小于原系泊线尺寸，锚点位置在垂直方向和/或水平方向加大。
[0030]每根系泊线满足静态相似和动态相似后，系泊系统整体同时满足静态相似和动态相似。
[0031]相同成分和空间构型的系泊线可只开展一次设计。
[0032]本专利技术的有益效果在于：
[0033]本专利技术针对当水池实际深度大于试验需求水深时试验水池由于没有假底而无法进行试验的问题，通过设计一套等效的延伸系泊系统，结合系泊静动力程序和优化算法，达到与原系泊系统相似的效果。本专利技术通过设定合理的延伸原则，结合系泊线的静力和动力分析，保证延伸前后单根系泊线和系泊系统的静力和动力特性一致。本专利技术扩大了现有无假底海洋工程水池的使用范围，节约了水池改造的巨大成本，可应用于近海海洋工程模型试验。
附图说明
[0034]图1是延伸系泊线优化设计流程图。
[0035]图2是延伸前后单根系泊线静态刚度曲线图。
[0036]图3是延伸前后系泊系统静态刚度曲线图。
[0037]图4是延伸系泊系统模型试验流程图。
具体实施方式
[0038]下面结合附图对本专利技术做进一步描述。
[0039]本专利技术涉及一种浅水海洋工程浮式结构系泊系统模型试验技术，提出通过延伸系
泊线尺度，改变系泊线特性参数，保持系泊线顶部动态张力相似，以取代水池假底，利用水池全深度的试验方法，属于海洋工程领域模型试验方法。
[0040]本专利技术的目的是为了克服海洋工程水池没有可升降假本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种延伸系泊线尺度模拟张力动态相似的模型试验方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：获取实际系泊系统的作业水深H
s
、试验缩尺比1:λ、试验水池深度H，且所述的实际系泊系统由N1根相同的系泊线组成，获取每根系泊线的段数N2，获取每段系泊线的长度L
ns
、轴向抗拉刚度EA
ns
、水中单位长度质量w
ns
、直径D
ns
，获取系泊线水平方向跨度S
s
；n＝1,2,...,N2；步骤2：确定延伸系泊系统作业水深为H
y
＝H*λ，确定延伸因子为所述的延伸系泊系统中系泊线的数量、布局及每根系泊线的段数与实际系泊系统一致；确定待设计的延伸系泊系统中每段系泊线的长度L
ny
、轴向抗拉刚度EA
ny
、水中单位长度质量w
ny
、直径D
ny
的取值范围为：值范围为：值范围为：值范围为：所述的待设计的延伸系泊系统中系泊线水平方向跨度S
y
根据试验水池的实际布局直接确定，且满足S
s
≤S
y
≤水池实际允许跨度；步骤3：基于延伸前后系泊线静态特性相似，通过多目标优化算法，对延伸系泊系统中每段系泊线的长度L
ny
、轴向抗拉刚度EA
ny
、水中单位长度质量w
ny
进行优化设计；静力分析时，针对每组参数(L
ny
,EA
ny
,w
ny
)对应的延伸系泊系统，在系泊线顶端施加不同位移，获得延伸前后单根系泊线受力和系泊系统的水平恢复力，并进行比较；优化过程中，如果超过最大进化代数的设定值，或者目标函数变化的相对函数值已小于适应度函数偏差设定值，则优化计算停止，选取对应水平力、垂向力、系泊力和水平恢复力四个受力误差均相对最小的点作为最优解，得到一组最优的系...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宏伟，马刚，康庄，孙丽萍，胡开业，何栗兴，袁林，宁飞，倪远翔，
申请(专利权)人：广东海装海上风电研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：