含分布浮体的复杂构型深海缆线的动响应及其时空演化

摘要：

深水柔性缆线是深海资源开采系统的重要组成部分,随着水深的增加,深水缆线长径比达103,结构柔性变得很大,且沿展向非均匀分布的浮力模块,使得缆线构型变得更加复杂、张力等结构参数沿展向变化,这使得环境载荷作用、海面船体运动等激励作用下的缆线流固耦合响应变得更加复杂,给结构安全带来严峻挑战.本文针对Double-stepped这种新构型深水缆线,基于其流固耦合特性和载荷模型表征,建立了含分布浮体的深水缆线动力学控制方程,并结合有限元数值模拟和水箱模型实验,进行了复杂构型缆线的动响应研究.考察规则波和极端波浪环境载荷作用、海面船体运动等激励因素对结构响应的影响,给出位移和张力等响应的时空演化规律,并基于WKB理论分析了变参数结构响应幅值和波长的演化规律和机理.结果表明:结构响应沿着缆线长度向下传播过程中非单调变化,在低张力区域会出现局部峰值;由于分布浮体的存在使得结构参数轴向变化且不连续,响应时空演化变得更加复杂,呈现驻波、行波混合效应,而且张力不但会影响位移幅值,还会引起响应传播过程中的波长改变.

关键词：复杂构型、流固耦合、动响应、波传播、非均匀结构

所属期刊栏目：54

分类号：O342(固体力学)

资助基金：中国科学院战略性先导科技专项;南海海洋资源利用重点实验室开放基金

在线出版日期：2022-09-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共14页

页码：2210-2223