51049

Динамические характеристики морских стационарных буровых платформ

Лабораторная работа

География, геология и геодезия

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...

Русский

2014-02-04

494.63 KB

10 чел.

Нижегородский государственный технический университет

Кафедра “Теория корабля и гидромеханика”

Лабораторная работа №1

“Динамические характеристики морских стационарных буровых платформ”

                                                                                                                             Выполнили:

                                                                                                                             Телегин А.В.

                                                                                                                             группа: 09-СУ-1

                                                                                                                             Проверил:

                                                                                                                             Савинов В.Н.

Нижний Новгород

2013 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.

Рис. 1. Динамическая расчетная схема.

а – МСБП и СПБУ; б – расчетный стержень; в - перемещение

       

           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 2 – схема лабораторной установки.

Физическая схема лабораторной установки показана на рисунке 2,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 2,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

0.0145

0.1215

0.3125

0.5635

0.8505

2.1 Свободные колебания модели в воздухе

- Экспериментальный период свободных колебаний

Tов=0.5 с

- Экспериментальная частота свободных колебаний модели

- Коэффициент жёсткости верхнего конца стержня при поперечном смещении

 Н/м

где: S=0.05 м – смещение верхнего сечения стержня;

 F=2,943 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=50 мм – начальная амплитуда;

 Aк=37 мм – конечная амплитуда;

 N=10 – количество полных циклов зарегистрированных колебаний.

Свободные колебания модели в воде

- Период свободных колебаний в воде

T0=0.51 с

- Частота свободных колебаний в воде

- Декремент свободных колебаний в воде

где Aн=50 мм – начальная амплитуда;

 Aк=15 мм – конечная амплитуда;

 N=10 – количество полных циклов зарегистрированных колебаний.

2.2 Вынужденные колебания модели на регулярном волнении

1) Включаем волнопродуктор и устанавливаем волновой режим. Определяем параметры регулярного волнения:

Период τ=0.9 с

Круговая частота

2) На верхнюю площадку доставляем дополнительные грузы. После стабилизации раскачивания модели с конкретным грузом определяем амплитуду колебаний верхней площадки.

3) Затем волнопродуктор отключается, и на тихой воде определяются периоды свободных колебаний модели для тех же значений дополнительных грузов.

Экспериментальный период вынужденных колебаний То = 0,51 с.

Присутствие жидкости увеличивает период свободных колебаний в следствии появления присоединённой массы жидкости.

Вынужденная частота свободных колебаний модели:

 c-1.

Декремент вынужденных колебаний в воде (определяется экспериментально):

,

где м – начальная амплитуда колебаний,

мм – конечная амплитуда колебаний,

- количество полных циклов колебаний.

Присутствие воды увеличивает рассеяние энергии и рост декремента колебаний.

Экспериментальные значения приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Определение коэффициента динамичности.

Величина

№ опыта

0

1

2

3

4

5

6

7

8

1

m, кг

0,00

0,209

0,423

0,634

0,858

1,071

1,117

1,163

1,374

2

, мм

0,50

2,50

3,00

3,70

6,50

30,00

10,00

7,00

5,00

3

Т, с

0,51

0,61

0,72

0,80

0,92

1,00

1,10

1,20

1,30

4

Ω=2π/Т

12,31

10,30

8,72

7,85

6,83

6,28

5,71

5,23

4,83

5

М*=Мо*+∆m,кг

0,3

0,509

0,723

1,024

1,158

1,371

1,417

1,463

1,674

6

,мм

0,50

4,24

7,23

12,63

25,09

137,1

47,23

34,14

27,90

7

1,4

11,87

20,24

35,36

70,25

383,9

132,2

95,59

78,12

8

0,57

0,68

0,80

0,89

1,02

1,11

1,22

1,33

1,45

Для корректировки коэффициента динамичности вводится коэффициент   (при для )

Для резонансного режима () определяем величину логарифмического декремента

                       


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

37805. Програмування лінійних та розгалужених алгоритмів 62.52 KB
  Ознайомитися з операторами вводу, виводу і присвоєння, навчитися записувати лінійні алгоритми на мові програмування Pascal; закріпити теоретичні відомості про розгалужені алгоритми, оператори передачі управління, навчитися програмувати розгалуження.
37806. Види модуляцій в сучасних інформаційних системах 8.77 MB
  Мета роботи: Дослідження і вивчення особливості видів модуляції які застосовуються в цифровій техніці ознайомитися з елементами модуляторів і демодуляторів а також із принципами їх роботи. Порядок виконання роботи Ознайомитися з принципами математичного моделювання модуляції які використовуються лабораторною програмою.
37807. Вказівники 2.14 MB
  Мета: навчитися програмувати з використанням вказівників та динамічних змінних, створювати та опрацьовувати черги та стеки.
37808. ОСНОВЫ РАБОТЫ В POWER POINT. Настройка электронной интерактивной презентации 72.5 KB
  Клавиши удаления и копирования текста и объектов Чтобы Нажмите Удалить один символ слева BCKSPCE Удалить одно слово слева CTRLBCKSPCE Удалить один символ справа DELETE Удалить одно слово справа CTRLDELETE Вырезать выделенный объект CTRLX Скопировать выделенный объект CTRLC Вставить вырезанный или скопированный объект CTRLV...
37809. ВЫЧИСЛЕНИЕ ОПРЕДЕЛЕННЫХ ИНТЕГРАЛОВ 248 KB
  4 Формула Симпсона Формула Симпсона записывается так: . Погрешность формулы Симпсона прямо пропорциональна в четвертой степени. На практике как и в случае метода трапеций расчеты ведут на сгущающихся сетках и оценку погрешности формулы Симпсона осуществляют по формуле 5. Критерием завершения процесса вычисления определенного интеграла с заданной точностью методом Симпсона на сгущающихся сетках служит условие .
37810. ОСНОВЫ РАБОТЫ С POWER POINT. Вставка таблицы Word 44.5 KB
  5 Щелкните вне таблицы для возвращения в PowerPoint. Для использования этой разметки нажмите кнопку Разметка слайда на панели инструментов Команды щелкните разметку Таблица затем нажмите кнопку Применить. Изменение таблицы Word 1 Дважды щелкните таблицу. 3 Щелкните вне таблицы для возвращения в PowerPoint и обновления таблицы показываемой в презентации.
37811. Создать калькулятор делающий: суммирование, вычитание, деление, умножение, вычисление степени 14.51 KB
  Вывод: выполняя лабораторную работу, я научилась работать с функциями.
37812. Составление плана материала, определение недостатка построения. Предложение варианта плана правки-обработки 52.5 KB
  Рыбаки рассказывали о будто бы пойманных ими когда-то калугах (амурских осетровых рыбах) под тонну весом. Документальное свидетельство об одной такой «крошке» на восемь с половиной центнеров мы нашли на прибрежном рыбзаводе.
37813. Робота з колекціями в мові програмування Java 29 KB
  творити клас, що описує типізовану колекцію (типом колекції є клас з лабораторної роботи №4) із заданою внутрішньою структурою (п.2), що складається не менше ніж з 3 конструкторів (1 – порожній, 2 – в який передається об’єкт, 3 – в який передається стандартна колекція об’єктів, наприклад, ArrayList)