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1、合成纖維系纜的粘彈特性及對(duì)深水系泊響應(yīng)的影響TheViscoelasticpropertiesofSyntheticFiberMooringRopesanditsimpactontheResponsesoftheTaut-wireMooringSystemforDeepWater學(xué)科專業(yè)：水利工程研究生：崔華指導(dǎo)教師：劉海笑教授天津大學(xué)建筑工程學(xué)院二零一五年十二月獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的研
2、究成果，也不包含為獲得天津大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。學(xué)位論文作者簽名：簽字日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解天津大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。特授權(quán)天津大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學(xué)校向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說(shuō)明）學(xué)位論文作者簽名：導(dǎo)師簽名：簽字日期
3、：年月日簽字日期：年月日中文摘要隨著海洋油氣開發(fā)逐漸向深海推進(jìn)，海洋平臺(tái)的工作水深不斷增加，浮式海洋平臺(tái)的使用越來(lái)越多，因此對(duì)其定位技術(shù)的研究顯得尤為重要。在常用的五種定位技術(shù)中，繃緊式系泊系統(tǒng)以其可以適應(yīng)深水和超深水環(huán)境、系纜自重輕、系泊半徑更小、維持平臺(tái)的穩(wěn)定能力更強(qiáng)、安裝運(yùn)輸方便以及較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于深水平臺(tái)的系泊中。然而，繃緊式系泊系統(tǒng)所采用的合成纖維系纜具有十分復(fù)雜的力學(xué)特性，在循環(huán)載荷下其動(dòng)剛度就是一個(gè)顯著的表現(xiàn)，這給系泊響應(yīng)分析帶來(lái)了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。此外，對(duì)合成纖維系纜本構(gòu)模型的研究也一直是國(guó)內(nèi)外
4、研究的重點(diǎn)。本文首先總結(jié)和評(píng)述了合成纖維系纜動(dòng)剛度特性以及本構(gòu)模型的研究現(xiàn)狀，以期為合成纖維系纜粘彈特性的研究提供參考。在此之前，國(guó)內(nèi)外對(duì)動(dòng)剛度的數(shù)值研究未能綜合考慮平均張力、應(yīng)變幅值、循環(huán)載荷周次以及纜繩損傷度四個(gè)影響因素。尤其是纜繩在安裝和使用過(guò)程中可能產(chǎn)生不同程度的損傷，使得聚酯系纜的動(dòng)剛度特性發(fā)生演變，從而對(duì)系泊系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)產(chǎn)生直接影響。因此，本文基于含損傷纜繩的動(dòng)剛度經(jīng)驗(yàn)公式，編寫了可以綜合考慮四種影響因素的UMAT子程序，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證，二者吻合較好。然后，以一系泊于1020m水深的Spar
5、平臺(tái)為例，建立了由聚酯纜繩組成的系泊系統(tǒng)有限元模型，分析了系纜的張力響應(yīng)和平臺(tái)的位移響應(yīng)。這些成果對(duì)把握繃緊式系泊系統(tǒng)在聚酯系纜有損傷情況下的非線性動(dòng)力響應(yīng)及其安全應(yīng)用具有重要的參考價(jià)值。在本文的后半部分，對(duì)本實(shí)驗(yàn)室提出的合成纖維纜繩的新型非線性粘彈性-粘塑性本構(gòu)模型進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，然后針對(duì)模型的粘彈性部分，分別在Fortran和ABAQUS中進(jìn)行了數(shù)值實(shí)現(xiàn)，并且進(jìn)行了定量或者定性分析，驗(yàn)證了數(shù)值模型的有效性。這不僅拓展了有限元軟件的材料庫(kù)，更為繃緊式系泊系統(tǒng)的數(shù)值分析奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：繃緊式系泊系統(tǒng)；合成纖維
6、系纜；損傷；動(dòng)剛度；本構(gòu)模型；系泊分析；循環(huán)載荷ABSTRACTWiththeexploitationofoffshoreoilandgasmovinggraduallytothedeepwater,thefloatingoffshoreplatformismorewidelyused.Soit’smoreimportantforthestudyofpositioningtechnology.Thetaut-wiremooringsystemisbeingwidelyusedformanyreasons.Thecom
7、plicatedmechanicalpropertiesofthemooringlinearethekeytechnicalproblemswhichneedtobesolvedaboveallintheengineeringapplicationofthenewtypemooringsystemwithsyntheticfiberropes.Thedynamicstiffnesspropertyisoneofthecomplicatedmechanicalpropertieswhichisabigchallenge
8、forthestudyoftaut-wiremooringsystem.Besides,thestudyoftheviscoelasticandviscoplasticmodelisalsoimportant.Inthispaper,thedynamicstiffnesspropertiesandtheviscoelasticandviscop
