資源描述：
《浮標系泊系統(tǒng)靜力計算_潘斌》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、第16卷第1期重慶交通學院學報1997年3月Vol.16No.1JOURNALOFCHONGQINGJIAOTONGINSTITUTEMar.1997浮標系泊系統(tǒng)靜力計算潘斌高捷陳小紅陳家鼎(上海交通大學,200030)摘要作者提出用單腿浮標系泊系統(tǒng)在外力作用下其系泊系統(tǒng)的靜力計算方法,對松弛的與張緊的兩種系泊狀態(tài)均適用,并附有計算程序框圖和實例.關鍵詞:浮標,系泊系統(tǒng)0引言浮標的定位方式,一般多用單腿錨泊.本文介紹的是單腿浮標在外力作用下,其系泊系統(tǒng)的靜力計算方法.整個系統(tǒng)包括:一個浮筒,一根錨泊線,一個
2、錨.錨泊線可由多段不同重量和尺寸的索或鏈組成.計算中考慮了錨泊線的伸長變形以及流速沿水深的變化.本方法對松弛的(有剩余索鏈躺在水底的)和張緊的(索鏈全部提起其下端拉力傾斜的)兩種系泊狀態(tài)都適用.按本方法編制的電算程序為單腿浮標系泊系統(tǒng)的設計和校核提供了一個有效的[1]手段.用該程序設計計算的浮標系泊系統(tǒng)已用于長江航道中.1基本方程及求解方法1.1錨泊線的靜平衡方程及求解方法圖1所示為錨泊線上任一微段ds的受力.圖中:T———拉力;dT———ds上的拉力變化;φ———拉力T的傾角;dφ———ds上的傾角變化;
3、F———單位長度上的法向流拖曳力;G———單位長度上的切向流拖曳力;w———錨泊線單位長度重量;Vc———流速;ε———錨泊線單位長度上的伸長.根據(jù)圖1建立力靜平衡關系,并考慮到,dφ趨近于0時,cosdφ趨近于1,sindφ趨近本文收到日期:1995-12-25.潘斌,男,43歲,副教授.第1期潘斌等:浮標系泊系統(tǒng)靜力計算69于dφ,忽略高階無窮小量dT·dφ,便可得到:dT=wsinφ-G(1+ε)(1)dsdφ1=[wcosφ+F(1+ε)](2)dsT從幾何關系則可得到:dx=(1+ε)cosφ(3
4、)dsdy=(1+ε)sinφ(4)ds以上各式中的ε,G,F按下列公式計算:ε=T/AE(5)圖1錨泊線上任一微段ds的受力圖式中,T為拉力;A為錨泊線截面積;E為彈性模量.12G=cTρc(Vccosφ)(6)212F=cNρc(Vcsinφ)(7)2式中,ρ為水的密度;c為錨泊線直徑;cN為法向流拖曳力系數(shù)(對圓形纜索取1.2);cT為切向流拖曳力系數(shù),其值按下式計算:cT=cN(d+e/cosφ)(8)式中,d,e是與纜索形狀及表面有關的系數(shù),對圓形纜索d=-0.035,e=0.083.將式(5)至
5、(8)分別代入(1)至(4),便得到一組微分方程,根據(jù)給定的錨泊線條件,對這組微分方程求解,即可求得沿錨泊線的各點處張力T、傾角φ以及各點的坐標X,Y.對于由多段不同重量和尺寸的索鏈組成的錨泊線,在進行積分求解時,可將前一段末端的積分結果作為相連后一段始端的邊界條件連續(xù)進行積分.若考慮流速沿水深的變化,可將流速表示成水深的函數(shù)Vc(y)1.2浮標的靜平衡方程及求解方法漂浮于自由表面的浮標,在定常的風力和流力的作用下將產(chǎn)生漂移.但由于錨泊線的系留作用,浮標漂移至一定距離后,必處于某一平衡狀態(tài).根據(jù)圖2所示受力
6、情況,得平衡方程如下:Da+Dc=Tcosφ(9)B(θ,h)=WB+Tsinφ(10)221ZcMa+Mc=T(Xc+Zc)2sin[φ+θ-arctg()]+B(θ,h)·GZ(θ,h)(11)Xc式中,T———錨泊線上端的拉力;φ———T的傾角;Da———風引起的水平力;Dc———流引起的水平力;WB———浮標的重量;B(θ,h)———浮標的浮力;70重慶交通學院學報第16卷圖2浮標受力圖θ———浮標的傾角;h———浮標的正浮吃水;Ma———風引起的對過浮標重心軸的力矩;Mc———流引起的對過浮標重心
7、軸的力矩;Xc,Zc———錨泊線系結點與浮筒重心的水平及垂直距離;GZ(θ,h)———浮標的靜復原力臂.其中,Da,Ma,Dc,Mc按下列各式計算:2Da=ckAa(θ,h)Va(12)Ma=Dala(θ,h)(13)12Dc=cD·ρAc(θ,h)Vc(14)2Mc=Dclc(θ,h)(15)式中,ck———經(jīng)驗系數(shù);Aa(θ,h)———浮標的水上部分在與風向垂直的平面上的投影面積;Va———風速;la(θ,h)———風力中心與浮標重心的距離;cD———流拖曳力系數(shù);ρ———水密度;Ac(θ,h)———浮
8、標的水下部分在與流向垂直的平面上的投影面積;Vc———流速;第1期潘斌等:浮標系泊系統(tǒng)靜力計算71lc(θ,h)———流力中心與浮標重心的距離.綜上所述,可以看出在式(9)、(10)、(11)中有4個未知數(shù):T,θ,φ,h,其余的參數(shù)均可視為已知.在這4個未知數(shù)中,T,φ與錨泊線的懸垂狀態(tài)有關,θ,h與浮標的浮態(tài)有關.為了求得方程的唯一解,根據(jù)錨泊線的懸垂狀態(tài)補充條件.因為當錨泊線上端的拉力T與傾角φ滿足方程(9
