本發(fā)明屬于海洋工程應(yīng)用，尤其涉及一種張緊式聚酯系泊纜剛度計(jì)算方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、本部分的陳述僅僅是提供了與本發(fā)明相關(guān)的背景技術(shù)信息，不必然構(gòu)成在先技術(shù)。

2、與鋼懸鏈線式系泊相比，聚酯纜(聚酯系泊纜)是深水浮式平臺(tái)系泊系統(tǒng)的常見(jiàn)組成部分，具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕和疲勞性能好等優(yōu)良特性，越來(lái)越多的深水浮式結(jié)構(gòu)選擇采用聚酯纜系泊系統(tǒng)作為定位系統(tǒng)。

3、聚酯纜由具有黏彈性的材料制成，因此其動(dòng)態(tài)剛度特征不是恒定的，而是會(huì)隨加載時(shí)長(zhǎng)、加載幅度、加載周期、載荷循環(huán)次數(shù)及加載歷史等因素而變化，由于聚酯纜這種復(fù)雜的剛度特征，很難建立能對(duì)其剛度進(jìn)行精確模擬的模型。目前工業(yè)界通常采用簡(jiǎn)化模型進(jìn)行模擬，即考慮影響聚酯纜動(dòng)態(tài)剛度的一項(xiàng)或多項(xiàng)因素建立聚酯纜動(dòng)態(tài)剛度模型，形成多種動(dòng)態(tài)剛度模擬方法。張緊式聚酯系泊主要有上下邊界剛度模型和靜-動(dòng)剛度模型兩種仿真計(jì)算方法。

4、上限邊界剛度分析方法的主要步驟是，首先選定聚酯纖維纜的初始剛度(一般為最小破斷張力的整數(shù)倍)，張緊式系泊系統(tǒng)在應(yīng)用于深海浮式結(jié)構(gòu)物時(shí)，一般需要進(jìn)行預(yù)張緊，預(yù)張緊的目的是防止系泊纜在初始階段過(guò)小的剛度值在突然遭遇較為惡劣的環(huán)境工況時(shí)產(chǎn)生較大的位移。一般下邊界剛度值(初始剛度值)即為預(yù)張緊結(jié)束后的剛度值大小，在預(yù)張緊結(jié)束后即可進(jìn)行靜態(tài)平衡計(jì)算。靜態(tài)平衡計(jì)算中最主要的目的是為了獲取下邊界剛度值下系泊系統(tǒng)的預(yù)張力，提取預(yù)張力的目的是為了后續(xù)進(jìn)行上邊界剛度計(jì)算時(shí)調(diào)節(jié)聚酯纖維纜長(zhǎng)度使得二者的預(yù)張力大小保持一致，可以將張緊式系泊系統(tǒng)聚酯纖維纜成分由下邊界剛度向上邊界剛度的改變的原因是由于外界環(huán)境載荷引起的，只是由于聚酯纖維纜的材料特性使得其長(zhǎng)度、剛度在外界環(huán)境載荷的循環(huán)作用下發(fā)生了改變，而預(yù)張力應(yīng)保持不變。

5、靜-動(dòng)剛度模型與上下邊界剛度模型主要的不同在于，上下邊界剛度模型在選定下邊界剛度值(初始剛度)后，在張緊式系泊系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中可能達(dá)到的最大剛度值基礎(chǔ)上選取剛度最大值的上邊界，確保選取的上邊界剛度值是嚴(yán)格大于運(yùn)行過(guò)程中可能出現(xiàn)的剛度最大值，直接進(jìn)行時(shí)域計(jì)算。而靜-動(dòng)剛度模型在進(jìn)行計(jì)算時(shí)，在選取初始剛度后進(jìn)行時(shí)域模擬，對(duì)每次模擬后得到的張力平均值進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)聚酯纖維纜的材料特性曲線，結(jié)合dnv規(guī)范中的公式，計(jì)算得到新的剛度值，將聚酯纖維纜的剛度值更新后再次進(jìn)行時(shí)域計(jì)算，多次迭代后，聚酯纖維纜的剛度值逐漸收斂，最終選取收斂后的剛度值作為最終的聚酯纖維纜剛度值。

6、由于上下邊界剛度分析方法選用上邊界剛度計(jì)算聚酯纜的最大張力，下邊界剛度計(jì)算海洋浮式結(jié)構(gòu)物的最大位移，采用了保守的上下邊界剛度設(shè)定，所以會(huì)造成計(jì)算結(jié)果過(guò)于保守，無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)系泊系統(tǒng)的實(shí)際響應(yīng)，存在將安全工況列為危險(xiǎn)工況的可能性。靜-動(dòng)剛度模型雖然計(jì)算結(jié)果較為準(zhǔn)確，但是計(jì)算過(guò)程中需要不斷迭代，因此計(jì)算效率很低。因此，上下邊界剛度模型無(wú)法滿足計(jì)算精度需求，靜-動(dòng)剛度模型難以滿足工程應(yīng)用中對(duì)計(jì)算效率的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述背景技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種張緊式聚酯系泊纜剛度計(jì)算方法及系統(tǒng)，在保證計(jì)算精度的前提下，大大減少了迭代計(jì)算次數(shù)。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明的第一個(gè)方面提供一種張緊式聚酯系泊纜剛度計(jì)算方法，其包括：

4、獲取聚酯纜的下邊界剛度、上邊界剛度和初始長(zhǎng)度，將所述下邊界剛度作為聚酯纜剛度，通過(guò)靜態(tài)分析得到初始預(yù)張力，并通過(guò)下邊界剛度下的全工況時(shí)域分析，得到最大位移和平均張力，將所述上邊界剛度作為聚酯纜剛度，通過(guò)靜態(tài)分析得到第二預(yù)張力，并調(diào)整聚酯纜的長(zhǎng)度，使第二預(yù)張力與初始預(yù)張力相同，并通過(guò)上邊界剛度下的全工況時(shí)域模擬，得到最大張力；

5、基于所述最大位移和最大張力，選取危險(xiǎn)工況；

6、基于所述平均張力，計(jì)算動(dòng)態(tài)剛度，將所述動(dòng)態(tài)剛度作為聚酯纜剛度，通過(guò)靜態(tài)分析得到第三預(yù)張力，并調(diào)整聚酯纜的長(zhǎng)度，使第三預(yù)張力與初始預(yù)張力相同，并進(jìn)行所述危險(xiǎn)工況下的時(shí)域模擬，更新最大張力、最大位移和平均張力；

7、判斷所述聚酯纜剛度是否收斂，若收斂，則將聚酯纜剛度作為最終剛度值；否則，返回進(jìn)行危險(xiǎn)工況選取。

8、進(jìn)一步地，所述下邊界剛度和上邊界剛度均與聚酯纜的最小破斷張力值相關(guān)。

9、進(jìn)一步地，所述動(dòng)態(tài)剛度為載荷周期的常用對(duì)數(shù)、張力幅值和所述平均張力的加權(quán)和。

10、進(jìn)一步地，還包括：得到所述最終剛度值后，判斷聚酯纜張力安全系數(shù)是否符合安全性要求。

11、進(jìn)一步地，所述靜態(tài)分析表示為：

12、

13、式中：ea為聚酯纜剛度，h為張力的水平分量，w為單元長(zhǎng)度濕重，h為水深，tp表示預(yù)張力。

14、進(jìn)一步地，所述調(diào)整聚酯纜的長(zhǎng)度的方法為：

15、

16、式中，l0為聚酯纜的初始長(zhǎng)度，l為調(diào)整后的聚酯纜的長(zhǎng)度，t為聚酯纜的初始預(yù)張力，ea為聚酯纜剛度。

17、本發(fā)明的第二個(gè)方面提供一種張緊式聚酯系泊纜剛度計(jì)算系統(tǒng)，其包括：

18、初始調(diào)整模塊，其被配置為：獲取聚酯纜的下邊界剛度、上邊界剛度和初始長(zhǎng)度，將所述下邊界剛度作為聚酯纜剛度，通過(guò)靜態(tài)分析得到初始預(yù)張力，并通過(guò)下邊界剛度下的全工況時(shí)域分析，得到最大位移和平均張力，將所述上邊界剛度作為聚酯纜剛度，通過(guò)靜態(tài)分析得到第二預(yù)張力，并調(diào)整聚酯纜的長(zhǎng)度，使第二預(yù)張力與初始預(yù)張力相同，并通過(guò)上邊界剛度下的全工況時(shí)域模擬，得到最大張力；

19、工況選取模塊，其被配置為：基于所述最大位移和最大張力，選取危險(xiǎn)工況；

20、迭代調(diào)整模塊，其被配置為：基于所述平均張力，計(jì)算動(dòng)態(tài)剛度，將所述動(dòng)態(tài)剛度作為聚酯纜剛度，通過(guò)靜態(tài)分析得到第三預(yù)張力，并調(diào)整聚酯纜的長(zhǎng)度，使第三預(yù)張力與初始預(yù)張力相同，并進(jìn)行所述危險(xiǎn)工況下的時(shí)域模擬，更新最大張力、最大位移和平均張力；

21、迭代判斷模塊，其被配置為：判斷所述聚酯纜剛度是否收斂，若收斂，則將聚酯纜剛度作為最終剛度值；否則，返回進(jìn)行危險(xiǎn)工況選取。

22、本發(fā)明的第三個(gè)方面提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，該程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如上述所述的一種張緊式聚酯系泊纜剛度計(jì)算方法中的步驟。

23、本發(fā)明的第四個(gè)方面提供一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)、處理器及存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如上述所述的一種張緊式聚酯系泊纜剛度計(jì)算方法中的步驟。

24、本發(fā)明的第五個(gè)方面提供一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其為一種含有計(jì)算機(jī)程序的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，當(dāng)處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)，實(shí)現(xiàn)如上述所述的一種張緊式聚酯系泊纜剛度計(jì)算方法中的步驟。

25、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

26、本發(fā)明將上下邊界剛度模型與靜-動(dòng)剛度模型相結(jié)合，其中靜-動(dòng)剛度模型中的剛度迭代保證了計(jì)算精度，但由初始剛度迭代至剛度收斂需要較多的迭代次數(shù)，而上下邊界剛度模型可省略部分剛度迭代次數(shù)。因此本發(fā)明在保證計(jì)算精度的前提下，大大減少了迭代計(jì)算次數(shù)。相對(duì)于上下邊界剛度模型分析方法，可以得到的更加精確的最大位移和最大系泊張力；相對(duì)于靜-動(dòng)剛度模型分析方法，更加節(jié)省計(jì)算資源和分析時(shí)間。

27、本發(fā)明相對(duì)于原先的模型分析方法，更加適用于全工況下的設(shè)計(jì)方案安全分析及系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的改善。