Utjecaj nelinearne povratne krutosti na odziv pritegnutih pučinskih konstrukcija

doctoral thesis

• Title (english): Influence of nonlinear restoring stiffness on response of tethered floating structures
• Author: Marko Tomić
• Mentor: Ivo Senjanović (mentor)
• Committee member: Većeslav Čorić (predsjednik povjerenstva)
• Committee member: Ivo Senjanović (član povjerenstva)
• Committee member: Zdravko Virag (član povjerenstva)
• Committee member: Šime Malenica (član povjerenstva)
• Committee member: Željan Lozina (član povjerenstva)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Mechanical Engineering and Naval Architecture; Zagreb
• Defense date and country: 2013-05-29, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: TECHNICAL SCIENCES; Shipbuilding; Constructive of Floating and Maritime Structures
• Universal decimal classification (UDC): 629.5 - Watercraft engineering

Abstract

Jedan od uzroka nelinearnog dinamičkog odziva pritegnutih pučinskih platformi (eng. TLP - Tension Leg Platforms) je analizirana nelinearna povratna krutost, ovisna o sidrenom sustavu. Uočeni nedostaci tradicionalne formulacije nelinearne povratne krutosti (npr. nefizikalna vrijednost koeficijenata krutosti i izostanak sprege za gibanja u horizontalnoj ravnini) razlog su izvoda nove, fizikalno konzistentne, formulacije. Kao poseban slučaj hidroelastične analize plutajućih tijela prvo je izvedena konzistentna formulacija linearne povratne krutosti sastavljena od konvencionalne (aksijalne) i geometrijske krutosti pripona (element sidrenog sustava) i hidrostatske krutosti tijela. \Na temelju linearne povratne krutosti, razmatranjem spregnutog proizvoljnog pomaka TLP-a u horizontalnoj ravnini, konstruirana je nelinearna sekantna povratna krutost. \Nelinearna povratna krutost izvedena je na temelju ravnoteže vanjskih i unutrašnjih sila, ali i energijski, na temelju jednakosti potencijalne energije, kako bi se analizirao i takav pristup. Iz sekantne povratne krutosti izvedena je nelinearna tangencijalna povratna krutosti. S obzirom da gibanja u horizontalnoj ravnini uzrokuju sjedanje TLP-a (kao pojavu 2. reda) predloženo je rješenje dvojbe promatrati sjedanje kao dodatni stupanj slobode gibanja ili kao dio poniranja. Takvim pristupom objašnjena je sprega gibanja u vertikalnoj ravnini (poniranje, ljuljanje i posrtanje) s gibanjima u horizontalnoj ravnini (zalijetanje, zanošenje i zaošijanje). Poniranje je analizirano u lokalnom prirodnom koordinatnom sustavu, uvođenjem dodatnog stupnja slobode gibanja, kako bi analiza bila moguća u smjeru glavnih osi krutosti. Takav dinamički sustav reduciran je na uobičajenih šest stupnjeva slobode gibanja bez značajnije numeričke greške. Primjena teorijskih rezultata ilustrirana je jednostavnim numeričkim primjerima (TLP SPAR plutajuća vjetroturbina, ISSC TLP) opisanim sustavima običnih diferencijalnih i integro-diferencijalnih jednadžbi, integriranim u vremenskoj domeni u kojoj su nelinearnosti uključene u jednadžbe dinamičke ravnoteže bez pojednostavljenja.

Abstract (english)

Major source of nonlinearities in the dynamic response of Tension Leg Platforms (TLP's) is the nonlinear restoring stiffness, which depends on the applied mooring system. Traditional formulations of nonlinear restoring stiffness exhibit physical inconsistencies (wrongful physical mechanisms of some restoring stiffness components, incorrect or lack of coupling between various DOF's) that constitute a basis for the new formulation. As a first step, linear restoring stiffness is derived from the general theory of hydroelastic response of floating bodies. It consists of conventional and geometric stiffness of tendons (tethers; vertical pretensioned mooring lines) and hydrostatic stiffness of floating body. Nonlinear secant restoring stiffness is than constructed by considering arbitrary coupled displacement of a TLP in the horizontal plane. Two complementary approaches are employed, one based on the equilibrium of internal and external forces, and the second one based on the potential energy balance. Nonlinear tangent restoring stiffness is derived based on the formulated secant restoring stiffness. Different nonlinear restoring mechanisms are consistently modelled. In order to facilitate analysis in the direction of primary stiffness axes heave is analysed in local natural coordinate system by introducing an additional DOF and that dynamic system is than reduced to ordinary 6 DOF. Nature of coupling between the motions in the vertical plane (heave, roll and pitch) and the motions in the horizontal plane (surge, sway and yaw) is further investigated and as a result, problem of incorporating setdown (as a second order effect) in the equations of motion is resolved. Influence of formulated nonlinear restoring stiffness on dynamic response of TLP's is illustrated by relatively simple numerical examples (floating TLP SPAR wind turbine floater, ISSC TLP) integrating the respective equations of motion (systems of ordinary differential and integro-differential equations) in the time domain.

• Keywords: pritegnuta pučinska platforma (TLP); linearna povratna krutost; nelinearna povratna krutost; spregnuta gibanja; sjedanje platforme; potencijalno strujanje; vremenska domena; Cumminsove jednadžbe
• Keywords (english): tension leg platform (TLP); linear restoring stiffness; nonlinear restoring stiffness; coupled motions; set down; potential flow; time domain; Cummins equations
• Language: croatian
• URN:NBN: urn:nbn:hr:235:627464
• Study programme: Title: Mechanical Engineering and Naval Architecture; Study programme type: university; Study level: postgraduate; Academic / professional title: doktor/doktorica znanosti, područje tehničkih znanosti (doktor/doktorica znanosti, područje tehničkih znanosti)
• Type of resource: Text
• File origin: Born digital
• Access conditions: Open access
• Created on: 2020-05-05 21:47:08