Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

РГР [все] / Отчёт_№1

.doc
Скачиваний:
25
Добавлен:
18.07.2014
Размер:
748.03 Кб
Скачать

Нижегородский Государственный Технический Университет

Кафедра теории корабля

Доц. Грамузов Е. М.

Отчёт по лабораторной работе:

Динамические характеристики морских стационарных буровых платформ

Выполнил:

Захаров А. К.

Проверил:

Савинов В. Н.

Нижний Новгород

2009 год

Цель работы: Ознакомление с физической природой динамического воздействия морских стационарных сооружений с ветро-волновым воздействием, с теоретическими основами расчёта динамичности воздействия регулярного волнения.

Краткие сведения из теории

Морские стационарные буровые платформы (МСБП) предназначены для длительной эксплуатации в условиях открытого моря и поэтому подвержены воздействию самых экстремальных штормов и ураганов. Будучи прочно скрепленными с грунтом морского дна, они не могут сойти с точки работ в море и укрыться даже при приближении самых жестоких ураганов, так как это могут сделать суда и другие плавсредства. Их единственная возможность "выжить" во время шторма состоит в наличии достаточных запасов прочности и устойчивости, поэтому необходимость динамических расчетов, т.е. расчетов, учитывающих динамический характер воздействия волнения и ветра, для таких сооружений особенно велика.

Отчасти в сходных условиях находятся самоподъемные плавучие буровые установки (СПБУ), которые хотя и имеют возможность перемещения с одной точки работ в море на другую, но их перестановки производятся только в спокойную погоду и занимают дли тельное время.

МСБП и СПБУ (см. рис. 1,а), как правило, имеют вытянутую в высоту геометрическую форму и регулярно повторяющуюся конструкцию опорных блоков или колонн. Поэтому для них может быть предложена динамическая расчетная схема, показанная на рис. 1,6. Установка рассматривается как вертикальный упругий невесомый стержень длиной L с жесткостью при изгибе KEJ (К - число опорных колонн или блоков; Е - модуль упругости; J - момент инерции площади поперечного сечения одной опоры). Инерционные характеристики сооружения учитываются равноотстоящими друг от друга на расстоянии AL сосредоточенными узловыми массами mi, индекс i=1 соответствует верхнему сечению, где сосредоточена масса верхнего строения, индекс i=n нижнему сечению на уровне дна моря (грунта). На рис. 1,в показаны динамические перемещения (колебания) Ui, расчетного стержня.

На рис. 1, б также обозначено: y - текущая продольная координата, измеряемая от нижнего сечения стержня; qi — узловые нагрузки, учитывающие внешние динамические воздействия: волнение (профиль волны η), ветер (эпюра скорости W) и т.п.

Основные определения:

Период собственных колебаний Т - это время шитого цикла одного свободного затухающего колебания верхнего сечения стержня. Круговая частота собственных колебаний Ω представляет собой число полных свободных колебаний за время 2π секунд и связана с периодом соотношением Ω=2π/Т. Экспериментально величины Т и Ω определяются путём обработки осциллографической записи свободных затухающих колебаний.

Натуральный логарифм отношения двух последовательных амплитуд свободного затухающего колебательного движения называется логарифмическим декрементом колебаний δ, то есть:

Форма собственных колебаний Ф представляет собой безразмерную функцию, определяющую искривление упругой оси условного расчетного стержня во время динамических раскачиваний верхнего строения. В качестве аргумента такой функции используется безразмерная координата ζ=y/L.

Коэффициент динамичности – это параметр, позволяющий условно учесть динамичность нагрузки путем корректировки деформаций конструкции, найденных при условии упрощенного статического представления внешнего воздействия.

1. Описание лабораторной установки.

Рисунок 1 – схема лабораторной установки.

Физическая схема лабораторной установки показана на рисунке 1,а. Она состоит из вертикального прутка сечением 25x2,5 мм и расчётной длиной L=0,8 м. В нижней части пруток жёстко защемлён в массивном основании, а в верхней части имеется площадка для дополнительных грузов. На рисунке 1,б показана соответствующая данной модели динамическая расчётная схема, в которой масса прутка разбивается на 5 узловых масс mi, равноудалённых друг от друга на расстояние ΔL=L/5=160 мм. Изменение верхней массы M1 используется для варьирования частоты собственных колебаний установки Ω.

2. Результаты замеров и вычисления

Таблица 1 – Значения функции формы собственных колебаний.

Безразмерная координата ζ

0.1

0.3

0.5

0.7

0.9

Функция формы колебаний Ф

0.3

0.5

0.65

0.8

0.95

Свободные колебания модели в воздухе

- Экспериментальный период свободных колебаний

Tов=0.53 с

- Экспериментальная частота свободных колебаний модели

- Коэффициент жёсткости верхнего конца стержня при поперечном смещении

Н/м

где S=0.067 м – смещение верхнего сечения стержня;

F=6 Н – усилие при смещении.

- Обобщённая масса модели в воздухе

кг

- Теоретическое значение частоты собственных колебаний

- Находим погрешность в определении собственной частоты

- Декремент свободных колебаний в воздухе

где Aн=100 мм – начальная амплитуда;

Aк=67 мм – конечная амплитуда;

N=10 – количество полных циклов зарегистрированных колебаний.

Свободные колебания модели в воде

- Период свободных колебаний в воде

T0=0.57 с

- Частота свободных колебаний в воде

- Декремент свободных колебаний в воде

где Aн=100 мм – начальная амплитуда;

Aк=8 мм – конечная амплитуда;

N=10 – количество полных циклов зарегистрированных колебаний.

Вынужденные колебания модели на регулярном волнении

- Параметры регулярного волнения:

Период τ=1.2 с

Круговая частота

3. Определение коэффициента динамичности

Величина, размерность

№ опыта

0

1

2

3

4

5

6

7

1

Масса добавленного груза Δm, кг

0

0.5

1

1.209

1.310

1.411

1.622

1.668

2

Амплитуда вынужденных колебаний , мм

2

4

6

12

17

39

14

10

3

Период собственных колебаний T, с

0.53

0.7

0.9

1.01

1.07

1.13

1.22

1.24

4

Частота свободных колебаний

11.85

8.97

6.98

6.22

5.87

5.56

5.15

5.06

5

Обобщённая масса , кг

0.73

1.23

1.73

1.939

2.04

2.141

2.352

2.398

6

Корректировка амплитуды , мм

2

6.74

14.22

31.87

47.51

114.38

45.11

32.85

7

Корректировка динамичности

1.25

4.21

8.89

19.92

29.69

71.49

28.19

20.53

8

Относительная частота вынужденных колебаний

0.44

0.58

0.75

0.84

0.89

0.94

1.02

1.03

Вывод: Увеличение массы верхнего строения приводит к увеличению периода собственных колебаний установки. Увеличение T приближает динамический режим установки к резонансу с волной, что недопустимо. Из практики проектирования установлено, что период собственных колебаний МСБП не должен превышать 4-5 секунд.

Соседние файлы в папке РГР [все]