[发明专利]一种深水浮筒平台的流致振荡分析方法

权利要求书

1.一种深水浮筒平台的流致振荡分析方法，分为非涡旋泄放锁定区和涡旋泄放锁定区，建立的流致振荡分析模型如下：

(m+ma)u··+cu·+ku=FD]]>

(m+ma)v··+(c+ca)v·+kv=FL]]>

式中：m--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；

      FD--交变阻力；

      FL--交变升力；

其中，非涡旋泄放锁定区的FD计算公式如下：

FD=12ρD(U-u·){(U-u·)[C‾Dcosωs′t+(CL′tanα+CD′)secα]+CD|U-u·|}]]>

涡旋泄放锁定区的FD计算公式如下：

FD=12ρD(U-u·){(U-u·)[C‾Dcos2ωs′t+(CL′tanα+CD′)secα]+CD|U-u·|}]]>

FL的计算公式如下：

FL=12ρD(U-u·)2[CLcosωs′t+(CL′+CD′tanα)secα]]]>

式中：ρ--流体密度；

      D--平台直径；

      U--流速；

--平台顺流向振动速度；

      ω′_s--涡旋泄放频率，Si为斯特罗哈数；

--平均交变阻力系数；

      C_D--拖曳力系数；

      C_L--涡激升力系数；

C′_L--自激升力系数；

C′_D--自激阻力系数；

α--攻角；

t--时间；

采用迭代方法，计算规定时长内平台顺流向和横流向运动的位移、速度和加速度。

2.如权利要求1所述的深水浮筒平台的流致振荡分析方法，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)给定平台计算时间、顺流向位移和速度、横向位移和速度的初值：

t_j＝t₀＝0，uj(i)=u0(0)=0,]]>u·j(i)=u·0(0)=0,]]>vj(i)=v0(0)=0,]]>v·j(i)=v·0(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)计算给定流速下的约化速度

Vr=UfnD]]>

式中：V_r--约化速度；

      U--流体流速；

      f_n--平台的固有频率；

      D--平台直径；

4)当V_r＜5或V_r＞7时，将t_j，代入下式计算第j时间步内第i次迭代的交变阻力：

FDj(i)=12ρD(U-u·j(i)){(U-u·j(i))[C‾Dcosωs′tj]]>

+(CL′tanαj(i)+CD′)secαj(i)]+CD|U-u·j(i)|}]]>

当5≤V_r≤7时，将t_j，代入下式计算第j时间步内第i次迭代的交变阻力：

FDj(i)=12ρD(U-u·j(j)){(U-u·j(i))[C‾Dcos2ωs′tj]]>

+(CL′tanαj(i)+CD′)secαj(i)]+CD|U-u·j(i)|}]]>

5)将t_j，代入下式计算第j时间步内第i次迭代的交变升力：

FLj(i)=12ρD(U-u·j(i))2[CLcosωs′tj+(CL′+CD′tanαj(i))secαj(i)]]]>

6)将计算得到的交变阻力和交变升力代入流致振荡分析公式：

(m+ma)u··j(i+1)+cu·j(i+1)+kuj(i+1)=FDj(i)]]>

(m+ma)v··j(i+1)+(c+ca)v·j(i+1)+kvj(i+1)=FLj(i)]]>

式中：m--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位移；

--第j时间步内第i+1次迭代的平台顺流向速度；

--第j时间步内第i+1次迭代的平台顺流向加速度；

--第j时间步内第i+1次迭代的平台横流向位移；

--第j时间步内第i+1次迭代的平台横流向速度；

--第j时间步内第i+1次迭代的平台横流向加速度；

计算第j时间步内第i+1次迭代的平台顺流向和横流向振荡的位移、速度和加速度；

7)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：

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

然后，重复步骤2)～7)的计算；

如果max{|u··j(i+1)-u··j(i)|,]]>|u·j(i+1)-u·j(i)|}≤ϵ]]>和max{|v··j(i+1)-v··j(i)|,]]>|v·j(i+1)-v·j(i)|}≤ϵ,]]>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(i+1)=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)～7)的计算，直至计算时长满足需要。