浮体的运动

任何一个没有受约束的物体，在空间均具有6个独立的运动。浮体的六个自由度运动分别是横摇、纵摇、首摇、横荡、纵荡和垂荡。浮体在波浪中的运动可以分解为波频运动、高频运动、慢漂运动和平均漂移。波频运动主要是在有义波能波频范围内的线性激励运动。高频运动对于张力腿平台是重要的,经常被称作“击振”和“弹振”,是基于平台垂荡、纵摇和横摇的谐振。张力腿平台的回复力来自系泊锚链,惯性力来自平台。这些运动模式有代表性的固有周期均为2~4s,小于大部分波浪周期,为非线性波效应所激发。“击振”与瞬态效应相联系,“弹振”为定常状态的振荡。

相似的非线性效应导致在波浪和海流中的慢漂和平均运动。风也会引起慢漂和平均运动。慢漂运动起源于谐摇。系泊结构物的慢漂运动存在于纵荡、横荡和首摇中。回复力来自系泊系统而惯性力来自结构物。通常的系泊系统其典型的谐摇周期达到1~2min。

垂荡是随各种结构物而异的重要响应。表中列出了不同类型海洋结构物固有垂荡周期的范围。包括表面效应船,张力腿平台、单体船、双体船、小水线面双体船和半潜式平台。表中指出固有垂荡是如何被激发的,例如表面效应船将由船体与波浪之间的高遭遇频率引发,而小水线面双体船则由船体与波浪之间的低遭遇频率所引发。表中也指出回复力导致垂荡谐摇。表面效应船的回复力为气垫中空气的可压缩效应。单体船、双体船、小水线面双体船和半潜式平台则由于浮力的改变。这与船体的水线面面积有直接的关系。最后在表1.1中还可以看到固有垂荡衰减最重要的物理来源,或者如何通过控制系统人为地提高阻尼。