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

42176. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ СОЕДИНЕНИЕМ АКТИВНОГО, ИНДУКТИВНОГО И ЕМКОСТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЙ. РЕЗОНАНС ТОКОВ 182.5 KB
  Общие теоретические сведения В схеме рис.1 Векторные диаграммы этой схемы при различных значениях емкости С представлена на рис.9 Рис. Если емкость C конденсатора подобрать так чтобы ток полностью компенсировал реактивную составляющую то общий ток будет совпадать по направлению с напряжением рис.
42177. Прилади і методи контролю метеорологічних умов на робочих місцях 99 KB
  Теоретичний вступ До показників які характеризують метеорологічні умови мікроклімат належать: температура відносна вологість швидкість руху повітря теплове випромінювання. Дійсну температуру повітря в робочій зоні визначають за формулою 1: де tч і t0 показники чорного та посрібленого термометрів 0С. Вимірювання температури повітря в приміщенні можна також проводити з допомогою сухого термометра аспіраційного психометра Ассмана. Вимірювання вологості повітря.
42178. Амбулаторно-поликлиническая помощь сельскому населению. Обзор. Состояние, проблемы и перспективы развития в Республике Беларусь 258 KB
  При этом в настоящее время существуют различны, иногда противоположные, мнения относительно действующей организационной модели сельского здравоохранения. Рядом автором она признается несовершеннолетней: недостаточная мощность организаций здравоохранения села рассматривается
42180. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ «ПРИНЯТИЕ РЕШЕНИЙ» ПРИ РЕШЕНИИ ЗАДАЧ СРЕДСТВАМИ ТАБЛИЧНОГО ПРОЦЕССОРА 293 KB
  Найдите решения уравнения fx=0 с точность до 001 на отрезке [;b] используя опцию Подбор параметра. № варианта Функция fx Отрезок [;b] Шаг h fx = 3x52x4x36x2x4 [2;5] 05 fx = 3x5x36x2x4 [2;5] 05 fx = 2x56x4x3x2x4 [2;5] 05 fx = x39x224x15 [10;10] 05 fx = x23 x 2 [5;5] 05 fx = x36x29x6 [2;5] 05 fx = x36x29x2 [2;5] 05 fx = x39x224x2 [2;5] 05 fx = x33x26 [10;10] 05 fx = x312x245x51 [2;5] 05 fx= x26x8 [2;8] 05 fx =...
42181. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ С ВЗАИМНОЙ ИНДУКТИВНОСТЬЮ 410 KB
  Исследовать свойства электрических цепей переменного тока с последовательным и параллельным соединением индуктивно связанных катушек. Коэффициент пропорциональности M21= называют взаимной индуктивностью катушек 2 и 1. Итак индуктивная связь катушек – это связь их через магнитное поле когда магнитный поток одной катушки пронизывает не только витки собственной катушки но и витки другой находящейся поблизости катушки. Взаимная индуктивная связь катушек обусловливает...
42182. ИССЛЕДОВАНИЕ НЕСИММЕТРИЧНОГО ПАССИВНОГО ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКА 222.5 KB
  Исследование линейного пассивного четырехполюсника при переменной нагрузке определение на основании опытных данных постоянных четырехполюсника А В С D и построение круговой диаграммы. Активные четырехполюсники в своих ветвях содержат источники энергии в пассивных четырехполюсниках источников энергии нет. Для любого пассивного четырехполюсника напряжение и ток на входе и выходе связаны между собой уравнениями:...
42183. ИССЛЕДОВАНИЕ СИММЕТРИЧНОГО ЛИНЕЙНОГО ПАССИВНОГО ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКА 195 KB
  Исследование линейного симметричного пассивного четырехполюсника при переменной нагрузке.Определение на основании опытных данных постоянных четырехполюсника А В С. Определение характеристического сопротивления и коэффициента передачи симметричного четырехполюсника.
42184. ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ ЦЕПИ С ПРИЕМНИКАМИ, СОЕДИНЕННЫМИ ЗВЕЗДОЙ ПРИ ОДНОРОДНОЙ (АКТИВНОЙ) НАГРУЗКЕ ФАЗ 582.5 KB
  Ознакомление с распределением напряжений и токов в трехфазной цепи соединенной звездой при равномерной и неравномерной однородной нагрузке фаз при наличии и отсутствии нейтрального провода. Векторы фазных и линейных напряжений в симметричной трехфазной системе соединенной звездой. Систему фазных напряжений источника питания для действующих значений можно записать в комплексной форме следующим образом: ; ;...