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

64951. ВЕЛИКАЯ ЯСА 549 KB
  В сохранившихся фрагментах Ясы лишь одна статья рассматривающая императорский титул касается этого предмета. Однако одна важная статья относительно наследования была включена в Ясу: У умершего человека не имеющего наследника ничего не изымается в пользу хана...
64952. Поминки - «тыш» в контексте взаимоотношений Руси - России с Золотой Ордой и Крымским юртом 75 KB
  Многие историки тяготели и тяготеют к той точке зрения что изначально поминки являлись подарками позже со второй половины XVI в. слово поминки либо в сочетании с другими терминами либо без них обязательно присутствует в терминологии употреблявшейся русской стороной для обозначения выплат Крымскому ханству...
64953. Знаменный комплекс в военно-политической культуре средневековых кочевников Центральной Азии 126 KB
  Предметом исследования данной статьи является такой феномен военно-политической культуры средневековых кочевников Центральной Азии имеющий ярко выраженные корни в этнографическом субстрате как знамя или знаменный комплекс. От этого значения идет ряд производных например...
64954. Ненайденные монеты Каракорума 172.5 KB
  Распределение найденных монет собранных на любом городище по датам их выпуска и месту чекана позволяют определить с высокой степенью достоверности торговые связи с другими странами и периоды активного денежного обращения в раскапываемых городах.
64955. Письменные источники о Чингисхане 120.5 KB
  В первой части до описания времени Чингисхана почти дословно повторяется индийская история о проповеди Будды Шакьямуни в Магадхе3 двух учений тантры и сутры. У Джувейни дом Чингисхана находится в Куланбаши название которого нет в текстах...
64956. О времени основания Казани 48.5 KB
  Все гипотезы о времени основания Казани базируются на использовании: даты первого упоминания имени города в исторических источниках; этимологической интерпретации имени города; археологических эпиграфических и нумизматических материалов...
64957. Степные империи древней Евразии 204 KB
  История и культура енисейских кыргызов представлены в источниках неравномерно. В одних случаях доминируют письменные свидетельства, в других — данные археологии. Иногда они тесно коррелируют друг с другом, и эти периоды оказываются для изучения наиболее результативными.
64958. СУДЕБНАЯ СИСТЕМА МОНГОЛИИ В XIII В. ПО «ГОЛУБОЙ КНИГЕ» УКАЗОВ ЧИНГИСХАНА 56.5 KB
  Монгольского государства на рубеже XII-XIII веков означало прежде всего создание государственного аппарата формирование принципов управления и судопроизводства. издан указ о назначении Шихихутуга главным судьей во всей державе. Назначенный указом Чингисхана Бэлгудэй позже Шихихутуг имели статус главного судьи сам хан находился на вершине пирамиды.
64959. Белые пятна в этногенезе дэрбэт 91 KB
  Он покинул Тибет из-за начавшейся междоусобной войны и прибыл в страну Джад («чужой»). Это событие отнесено Лубсан Данзаном к VII в. Обосновавшись в урочище Бурхан-Халдун, Бортэ-Чино женился и основал свой род «монгол». С того времени минуло примерно 400 лет, когда после смерти Дува-Сохор...