海洋工程模型试验中系缆张力测试技术研究
在海洋工程中,系泊系统是深海浮式结构的重要组成部分,是制约海洋开发水深的主要因素。浮式结构物是通过系缆固定在海底的,在系泊系统设计过程中系缆张力的确定占有重要的地位,对系泊浮体的安全及其正常工作至关重要,如果对系缆的张力估计不足将会带来巨大的损失。工程中对张力的预测最接近真实结果的方法是物理模型试验。而现有的测试方法中,普遍采用的是在系缆截断处或者端部安置传感器,仅能测试端部一点的系缆张力,尚无成熟的测试系缆中张力分布的方法。本文提出利用光纤布拉格光栅传感技术测量系缆张力分布的方法,在光纤布拉格光栅表面涂覆一层高分子材料,研制试验用模拟系缆,以实现系缆的动态张力分布测试。作者通过多次试验涂覆各种符合要求的高分子材料,并最终选取涂覆有低密度聚乙烯,制作了多根满足要求的模拟系缆。制作的模拟系缆中,涂覆层与光纤布拉格光栅附着效果良好,没有松脱现象,满足同步变形的要求。选用刻有一个和三个布拉格光栅的模拟系缆分别应用于自升式平台系统和浮标系统模型试验中,测量在各种环境条件下的系缆张力变化。对刻有三个布拉格光栅的模拟系缆中不同位置的张力进行分析,并发现系缆张力沿系缆有一定的变化规律,从而验证了新技术测试张力分布的可行性。取刻有一个光栅的模拟系缆应用于平台拖曳试验中,试验之前应用AQWA软件计算出自升式平台在一定流速范围内的拖曳阻力,以此作为选取力传感器的参考。试验中同时应用力传感器和光纤光栅对张力进行测试,将两者结果进行对比,发现两种测试方法的结果变化趋势一致,大小基本相同,用光纤光栅测试的结果变化幅值更好,从而说明光纤光栅测试不受外界因素干扰,准确性更高。以上试验验证了应用光纤布拉格光栅技术模拟系缆的可行性。这种技术克服了传统力传感器因体积重量过大,对系缆水动力的影响,有望用于研究各种环境因素下浮体系缆的张力测试,浮体大幅度运动对系缆产生的冲击张力等问题,作为一种新型测试手段具有广泛的应用前景。
光纤光栅传感;系泊系统;张力分布;海洋工程
中国海洋大学
硕士
港口、海岸及近海工程
杨永春
2011
中文
P75
76
2011-10-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）