[发明专利]一种锚泊阻尼数值计算方法

摘要

本发明提出一种锚泊阻尼数值计算方法，能够精确计算锚泊系统对海洋浮式结构物运动响应的阻尼贡献。首先，利用集中质量法或非线性有限元法计算锚泊线在顶端强迫位移激励下的运动响应，得到锚泊线各微段节点的位置和速度；然后，计算各微段单元的角度、法向和切向速度，基于Morison公式求解锚泊线所受法向和切向拖曳力；最后，计算锚泊线各微段所受拖曳力在一个运动周期内的做功，沿着锚泊线全长进行积分，即可得到一个周期内锚泊线消耗的能量，进而得到等效线性化的锚泊阻尼系数。本发明提供的计算锚泊阻尼方法精确性高，同时既可以评估锚泊线整体的阻尼贡献，又可以研究锚泊线中任意长度分段对整体阻尼的贡献比例，为锚泊系统的设计提供参考。

主权项

1.一种锚泊阻尼数值计算方法，其特征在于，该计算方法忽略锚泊线(1)与海床(4)的接触摩擦阻尼作用，包括以下步骤：第一步：求解锚泊线运动响应在总体坐标系x‑z下建立锚泊线数值模型；将锚泊线(1)划分成若干微段单元，顶端单元节点与浮式结构物(2)相连，底端单元节点与锚(3)相连，作为固定节点；在顶端浮式结构物(2)上施加水平方向的强迫位移激励，计算锚泊线(1)在顶端浮式结构物(2)强迫位移激励下的运动响应，得到锚泊线(1)各微段节点的位置和速度；第二步：求解锚泊线所受拖曳力根据第一步中锚泊线(1)运动响应的计算结果，提取总体坐标系x‑z下锚泊线各微段节点在一个稳定周期内任一时刻的位置和速度，进而通过坐标转换，计算得到各微段单元的角度、法向速度和切向速度；利用Morison公式求解各微段单元受到的法向和切向拖曳力；第三步，计算锚泊线运动耗散能量结合上一步计算得到的拖曳力和相应速度，计算稳定周期内任一时刻锚泊线微段单元所受拖曳力的做功：对一个完整运动周期T内所有时刻锚泊线(1)全部微段单元所受拖曳力做功积分求和，即可得到整根锚泊线在一个周期T内耗散的能量E：其中，为微段单元I所受法向拖曳力做功，为微段单元I所受切向拖曳力做功，L为全部微段单元长度，ρ为海水密度，和分别为单元I的法向和切向拖曳力系数，D^I为单元I的等效直径，分别为t时刻单元I的法向速度和切向速度；如果需要计算其中某一段锚泊线L′耗散的能量，只需对该分段锚泊线包含的所有微段拖曳力做功积分求和：其中，L1和L2之间为所求的分段锚泊线；第四步，通过上一步求得的锚泊线运动耗散的总能量根据式(15)计算锚泊线等效阻尼系数：其中，E为一个运动周期T内锚泊线耗散的能量，A0为激励振幅。