基于动态刚度模型的聚酯缆力学性能研究.pdf
《基于动态刚度模型的聚酯缆力学性能研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于动态刚度模型的聚酯缆力学性能研究.pdf(5页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、基于动态刚度模型的聚酯缆力学性能研究 康 庄1,隋海波,黄 俊2,艾尚茂1(1.哈尔滨工程大学,黑龙江哈尔滨 1 5 0 0 0 1;2.中海油研究总院,北京 1 0 0 0 0 0)摘要 采用聚酯缆作为系泊材料的张紧式系泊形式,克服了锚链自重大的缺点,为浮体提供了更好的系泊性能,在深水系泊领域备受关注。聚酯缆的非线性力学性能明显,其非线性本构关系使得该材料的张力响应预测难度增大。因此,精确模拟该关系具有重要意义。本文基于绝对节点坐标法,在轴向大拉伸的情况下,结合8股编织结构的聚酯缆的动态刚度模型,开展聚酯缆张力响应精确计算与分析,并与近似算法对比。研究结果表明,采用精确算法得到的聚酯缆轴向张
2、力高于近似算法,聚酯缆的非线性本构关系使其“越拉越刚”,近似计算可能会使得张力预测失真。因此,在计算使用聚酯缆材料的系泊系统的张力响应时,采用精确的动态刚度计算模型是十分必要的。关键词 聚酯缆;动态刚度;张紧式系泊;A N C F中图分类号:P 7 5 1 文献标志码:A 文章编号:2 0 9 5 7 2 9 7(2 0 2 3)0 1 4 0 0 5d o i:1 0.1 2 0 8 7/o e e t.2 0 9 5-7 2 9 7.2 0 2 3.0 2.2 2R e s e a r c h o n t h e M e c h a n i c a l P e r f o r m a n
3、c e o f P o l y e s t e r R o p e B a s e d o n t h e D y n a m i c S t i f f n e s s M o d e lK A N G Z h u a n g1,S U I H a i b o1,H u a n g J u n2,A I S h a n g m a o1(1.H a r b i n E n g i n e e r i n g U n i v e r s i t y,H a r b i n H e i l o n g j i a n g 1 5 0 0 0 1,C h i n a;2.C N O O C R e
4、 s e a r c h I n s t i t u t e C O.,L t d.,B e i j i n g 1 0 0 0 0 0,C h i n a)A b s t r a c t T h e t a u t m o o r i n g s y s t e m u s i n g p o l y e s t e r r o p e a s t h e m o o r i n g l i n e s o v e r c o m e s t h e h e a v y w e i g h t o f t h e t r a d i t i o n a l c h a i n m o o r
5、 i n g m a t e r i a l a n d p r o v i d e s b e t t e r m o o r i n g p e r f o r m a n c e f o r t h e f l o a t i n g s t r u c t u r e s,w h i c h a t t r a c t s m u c h a t t e n t i o n i n t h e f i e l d o f d e e p-w a t e r m o o r i n g.T h e n o n l i n e a r m e c h a n i c a l p r o p
6、 e r t i e s o f t h e p o l y e s t e r m a k e i t m o r e d i f f i c u l t t o p r e d i c t t h e t e n s i o n r e s p o n s e o f t h e m a t e r i a l.T h e r e f o r e,i t i s e s s e n t i a l t o m o d e l t h i s n o n l i n e a r r e l a t i o n s h i p a c c u r a t e l y.I n t h i s p
7、 a p e r,b a s e d o n t h e a b s o l u t e n o d a l c o o r d i n a t e f o r m u l a t i o n u n d e r t h e c o n d i t i o n o f l a r g e a x i a l t e n s i o n a n d c o m b i n e d w i t h t h e d y n a m i c s t i f f n e s s m o d e l o f 8-s t r a n d b r a i d e d p o l y e s t e r r o
8、 p e,t h e t e n s i o n r e s p o n s e o f t h e p o l y e s t e r l i n e i s a c c u r a t e l y c a l c u l a t e d a n d a n a l y z e d.T h e r e s u l t s a r e c o m p a r e d w i t h t h e a p p r o x i m a t e m e t h o d.T h e s i m u l a t i o n s h o w s t h a t t h e a x i a l t e n s
9、 i o n o f t h e p o l y e s t e r c a b l e o b t a i n e d b y t h e a c c u r a t e m o d e l i s l a r g e r t h a n t h a t o f t h e a p p r o x i m a t e m e t h o d.T h e n o n l i n e a r c o n s t i t u t i v e r e l a t i o n s h i p o f t h e p o l y e s t e r c a b l e d i s p l a y s t
10、 h e p h e n o m e n o n t h a t t h e l a r g e r s t r e t c h,t h e l a r g e r s i t f f n e s s i s.B e s i d e s,t h e a p p r o x i m a t e m e t h o d w i l l d i s t o r t t h e t e n s i o n p r e d i c t i o n.T h e r e f o r e,i t i s n e c e s s a r y t o a d o p t a n a c c u r a t e d
11、 y n a m i c s t i f f n e s s m o d e l i n c a l c u l a t i n g t h e t e n s i o n r e s p o n s e o f m o o r i n g s y s t e m s u s i n g p o l y e s t e r m a t e r i a l.K e y w o r d s p o l y e s t e r r o p e;d y n a m i c s t i f f n e s s;t a u t-m o o r i n g;A N C F0 引 言随着水深的增加,悬链线式系
12、泊系统的重量急剧增加,对浮体的载重和运动响应产生了显著的影响。因此,在深水系泊领域,采用合成纤维缆的张紧式系泊系统引发了业界的关注和众多学者的研基金项目:中国海油科技项目“陵水半潜式生产平台研究专项”(L S Z X-2 0 2 0-HN-0 5-0 4 0 5)。作者简介:隋海波(1 9 9 4),男,工学硕士,博士研究生,主要从事张紧式合成纤维缆系泊系统方面的研究。E-m a i l:s u i h a i b oh r b e u.e d u.c n。第1 0卷 第2期 2 0 2 3年6月海洋工程装备与技术O C E A N E N G I N E E R I N G E QU I P
13、 ME N T A N D T E C HN O L O G YV o l.1 0,N o.2J u n.,2 0 2 3第2期康庄,等:基于动态刚度模型的聚酯缆力学性能研究1 4 1 究。聚酯缆作为合成纤维缆的一种,质量轻,价格低,抗海水腐蚀,疲劳性能好1,备受关注。然而,聚酯缆力学性能复杂,不同于悬链式系泊系统,非线性现象明显2。聚酯缆的非线性刚度问题涉及材料应变与张力之间的非线性关系,在数值计算中准确模拟这种关系成为一个关键的技术问题3。围绕该技术问题,许多学者开展了聚酯缆循环载荷实验,并提出了非线性刚度的经验公式,用于描述平均张力、张力幅值、载荷周期对缆绳动态刚度的影响4。D e l
14、V e c c h i o5首次提出了表述聚酯缆动态刚度的经验公式。随后,D a v i e s6、连宇顺7等众多学者基于其经验公式开展了相关实验,并针对不同的实验样本提出了相应的改进经验公式。然而,将经验公式应用到实际海况中模拟系泊系统的张力响应时,通常采用聚酯缆刚度近似模型做计算,这种做法可能会导致结果失真8。因此,本文基于动态刚度模型经验公式,对聚酯缆的动态响应进行模拟和分析,对比经验公式与近似模型在模拟动态刚度上的差异。1 理论背景1.1 绝对节点坐标法聚酯缆的非线性刚度的计算涉及材料的大应变8问题,因此,本文采用绝对节点坐标法进行数值计算。绝对节点坐标法能够突破小应变假设的限制,在模
15、拟材料的大变形问题中更具有优势9。绝对节点坐标法在固定坐标系中定义了单元的节点坐标,包括总体位移坐标和斜率,以斜率代替传统梁单元中的转角,不需要转换矩阵来定义单元的位置和速度方程1 0。根据连续介质力学中的虚功原理,运动方程可以表示为M q+Qs-Qe=0(1)其中,M为质量矩阵,该矩阵为常值矩阵;q为节点坐标;Qs为物体的弹性内力;Qe为物体所受外力。弹性力可通过应变能表示为Qs=Qs 1+Qs 2=L0E A q Tds+L0E I KKq Tds(2)其中,L为物体总长度,E为弹性模量,A为横截面面积,为应变,I为截面惯性矩,K为物质点曲率。由式可知,物体的弹性内力分为轴向应变项Qs 1
16、和弯曲曲率项Qs 2。对于系泊缆这种细长柔性结构,弯曲曲率项的影响较小,故在计算中可以忽略不计。(2)式可简化为只有轴向应变项Qs 1的计算公式。E A为物体的抗拉刚度,当其呈现非线性规律时,可知物体的弹性内力也呈现高度非线性,使得计算更加复杂。1.2 动态刚度动态刚度是指合成纤维缆在循环载荷作用下,其张力峰谷值之差与其对应的伸长量之差的比值,并采用最小破断载荷无量纲化4。1 9 9 2年,D e l V e c c h i o首次提出了一动态刚度经验公式:E=1 0.4 0 9+0.1 5 2Lm-0.1 9 4La-0.4 3 7 l o g(T)(3)其中,E为弹性模量,为聚酯缆的线密度
17、,Lm为平均张力占最小破断载荷MB S的百分比,La为张力幅值占MB S的百分比,T为张力变化周期。通常,聚酯缆的刚度采用无量纲的方式描述,即用抗拉刚度和最小破断载荷的比值表示为Kr=E AMB S(4)在此基础上,综合众多学者的研究,由A B S规范1 1提出的动态刚度Kr d的表达式为Kr d=+Lm+La+l o g(T)(5)其中,、是与材料属性相关的系数。与(3)式对比可知,无量纲化后的动态刚度的表达式与D e l V e c c h i o的表达式几乎相同,聚酯缆的动态刚度与平均张力、张力幅值和张力周期有关。A B S规范提出,对于随机载荷下的响应,张力幅值La的影响会显著减小,并
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 动态 刚度 模型 聚酯 力学性能 研究
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。