Лабораторная №1 Динамические характеристики морских стационарных буровых платформ

Нижегородский государственный технический университет

Кафедра “Теория корабля и гидромеханика”

Лабораторная работа №1

“Динамические характеристики морских стационарных буровых платформ”

Выполнил:

группа: 03-КС-3

Проверил: Егоров П.Н.

Нижний Новгород

2007 год

Цель работы

Ознакомиться с физической природой динамического взаимодействия морских стационарных сооружений с ветро-волновыми воздействиями, с теоретическими основами расчёта динамичности воздействия регулярного волнения, а также ознакомиться с методикой постановки эксперимента по определению основных динамических характеристик морских буровых платформ, предназначенных для освоения континентального шельфа.

1. Описание лабораторной установки

Рисунок 1 – Схема лабораторной установки:

а) физическая; б) расчётная

Физическая схема лабораторной установки (рисунок 1-а) состоит из вертикального прутка сечением 25х25 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. В динамической расчётной схеме (рисунок 1-б) масса прутка разбивается на 5 узловых масс m_i, равноудалённых друг от друга на расстоянии ∆L=L/5=160 мм. Изменение верхней массы М1 используется для варьирования частоты собственных колебаний Ω установки.

Рисунок 2 – Этапы выполнения лабораторной работы:

а) в воздухе; б) в спокойной воде; в) на регулярном волнении.

Опыты проводятся в 3 этапа (рисунок 2). При этом определяются собственная частота колебаний Ω и декремент колебаний δ на всех этапах. Это позволяет исследовать динамический характер взаимодействия МСБП с волновым процессом.

Таблица 1 – Значения функции формы собственных колебаний.

Безразмерная координата ξ	0,1	0,3	0,5	0,7	0,9
Функция формы колебаний Ф	0,01	0,12	0,30	0,57	0,84

2. Обработка экспериментальных данных

2.1 Свободные колебания модели в воздухе

Экспериментальный период свободных колебаний Тов = 0,55 с.

Экспериментальная частота свободных колебаний модели:

c^-1.

Коэффициент жёсткости верхнего конца стержня при поперечном смещении:

Н/м,

где Н – усилие при смещении,

м – смещение верхнего сечения стержня.

Обобщённая масса модели в воздухе:

кг.

Теоретическое значение частоты собственных колебаний:

с^-1

Декремент свободных колебаний в воздухе (определяется экспериментально):

,

где м – начальная амплитуда колебаний,

мм – конечная амплитуда колебаний,

- количество полных циклов колебаний.

2.2 Вынужденные колебания модели на регулярном волнении

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

- период с;

- круговая частота с^-1.

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 = 0,58 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	0,50	0,70	0,90	1,10	1,20	1,25	1,30	1,50
2	, мм	0,50	1,00	1,50	2,00	2,50	7,00	23,00	11,00	2,50
3	Т, с	0,58	0,72	0,85	0,95	1,04	1,10	1,12	1,14	1,25
4	Ω=2π/Т	10,83	8,72	7,39	6,61	6,04	5,71	5,61	5,51	5,02
5	М*=Мо*+∆m,кг	0,61	1,11	1,31	1,51	1,71	1,81	1,86	1,91	2,11
6	,мм	0,50	0,55	0,70	0,80	0,89	2,35	7,50	3,49	0,72
7		1,30	1,42	1,81	2,09	2,31	6,10	19,50	9,08	1,87
8		0,52	0,64	0,76	0,85	0,93	0,98	1,00	1,02	1,12

Для корректировки коэффициента динамичности вводится коэффициент (при для )

Для резонансного режима () определяем величину логарифмического декремента

Рисунок 3 – Экспериментальный коэффициент динамичности

Выводы

1. Увеличение массы верхнего строения увеличивает период собственных колебаний МСБП, что вызывает опасность приближения к резонансу.

2. Практика проектирования МСБП требует, чтобы период их собственных колебаний Т не превышал 4 –5 с.