[发明专利]一种深水浮筒平台的自激振荡分析方法

权利要求书

1.一种深水浮筒平台的自激振荡分析方法，建立的自激振荡分析模型如下：

(m+ma)u··+cu·+ku=12ρD(U-u·)[(U-u·)C‾D(α)+|U-u·|CD′]]]>

(m+ma)v··+(c+ca)v·+kv=12ρD(U-u·)2C‾L(α)]]>

式中：m--浮筒平台质量；

      m_a--附加质量；

      c--系泊系统阻尼；

      c_a--附加阻尼；

      k--系泊系统刚度；

      u--平台顺流向运动位移；

--平台顺流向运动速度；

      ü--平台顺流向运动加速度；

      v--平台横流向运动位移；

--平台横流向运动速度；

--平台横流向运动加速度；

      ρ--流体密度；

      D--平台直径；

      U--流速；

分别为自激阻力系数和自激升力系数，计算公式如下：

C‾D(α)=[CL′tanα+CD′]secα]]>

C‾L(α)=[CL′+CD′tanα]secα]]>

式中，C′_L--升力系数；

      C′_D--拖曳力系数；

      α--攻角；

采用迭代方法，计算规定时长内平台自激振荡的位移、速度和加速度。

2.如权利要求1所述的深水浮筒平台的自激振荡分析方法，其特征在于：所述的采用迭代方法进行计算的具体步骤如下：

1)给定计算时间、平台顺流向和横流向速度和位移的初值：

t_j＝t₀＝0，u·j(i)=u·0(0)=0,]]>uj(i)=u0(0)=0,]]>v·j(i)=v·0(0)=0,]]>vj(i)=v0(0)=0]]>

式中：j--时间步数，计算开始时j＝0；

      i--迭代次数，每个时间步开始时i＝0；

2)计算攻角

αj(i)=v·j(i)U]]>

式中：--第j时间步内第i次迭代的攻角；

--第j时间步内第i次迭代的平台横流向速度；

U--流体流速；

3)将步骤2)得到的攻角代入下面公式计算自激阻力系数和自激升力系数：

C‾D(αj(i))=[CL′tanαj(i)+CD′]secαj(i)]]>

C‾L(αj(i))=[CL′+CD′tanαj(i)]secαj(i)]]>

式中，C′_L--升力系数；

      C′_D--拖曳力系数；

4)将步骤3)得到的自激阻力系数和自激升力系数代入下面公式：

(m+ma)u··j(i+1)+cu·j(i+1)+kuj(i+1)=12ρD(U-u·j(i))[(U-u·j(i))C‾D(αj(i))+|U-u·j(i)|CD′]]]>

(m+ma)v··j(i+1)+(c+ca)v·j(i+1)+kvj(i+1)=12ρD(U-u·j(i))2C‾L(αj(i))]]>

式中：m--浮筒平台质量；

      m_a--附加质量；

      c--系泊系统阻尼；

      c_a--附加阻尼；

      k--系泊系统刚度；

--第j时间步内第i+1次迭代的平台顺流向运动位移；

--第j时间步内第i+1次迭代的平台顺流向运动速度；

--第j时间步内第i+1次迭代的平台顺流向运动加速度；

--第j时间步内第i+1次迭代的平台横流向运动位移；

--第j时间步内第i+1次迭代的平台横流向运动速度；

--第j时间步内第i+1次迭代的平台横流向运动加速度；

      ρ--流体密度；

      D--平台直径；

      U--流速；

计算第j时间步内第i+1次迭代的平台自激振荡位移速度和加速度

5)如果max{|u··j(i+1)-u··j(i)|,]]>|u·j(i+1)-u·j(i)|}>ϵ]]>或max{|v··j(i+1)-v··j(i)|,]]>|v·j(i+1)-v·j(i)|}>ϵ,]]>ε为预先设定的计算精度，则继续进行迭代计算，令：

u·j(i)=u·j(i+1),]]>u··j(i)=u··j(i+1),]]>v·j(i)=v·j(i+1),]]>v··j(i)=v··j(i+1)]]>

然后，重复步骤2)～5)的计算；

否则开始下一个时间步的计算，令：

t_j＝t_j+1＝t_j+Δt，uj(i)=uj+1(0)=uj(m),]]>u·j(i)=u·j+1(0)=u·j(m),]]>u··j(i)=u··j+1(0)=u··j(m),]]>

vj(i)=vj+1(0)=vj(m),]]>v·j(i)=v·j+1(0)=v·j(m),]]>v··j(i)=v··j+1(0)=v··j(m),]]>

Δt为时间增量，m为第j时间步的最大迭代次数；

重复步骤2)～5)的计算，直至计算时长满足需要。