利用高级 Kirchhoff 杆模型研究系泊缆索
流体动力学
2026-02-24 v1
摘要
在本文中，我们研究了一种高级的无扭转和无剪切的非线性 Kirchhoff 杆模型的应用，该模型增强了基于惩罚的障碍函数（用于模拟海底接触），旨在研究系泊缆索的静态和动态行为。该公式纳入了保守和非保守的外部载荷，包括来自周围流体的载荷（附加质量、切向阻力和法向阻力）。为了说明该模型的有利特性，我们考虑了一些关键场景，如静态构型、导缆孔处的脉动力施加，以及系泊缆索与周围流体之间的流固耦合。与成熟解（包括悬链线构型和 OpenFAST 仿真）的验证表明，该模型在预测浮式海上风力涡轮机的系泊缆索响应方面具有优异的精度。其中最重要的结果包括：在导缆孔处施加法向脉动载荷时，系泊缆索在低频时表现出以阻力为主的机制，在高频时转变为以附加质量为主的机制。此外，导缆孔处的切向力揭示了轴向和弯曲动力学之间的强耦合，这与法向力场景形成对比，在法向力场景中轴向动力学基本不受影响。这些发现强调了所提出方法用于高级系泊缆索模拟的潜力。
引用
@article{arxiv.2502.10256,
title = {On the use of an advanced Kirchhoff rod model to study mooring lines},
author = {Bruno A. Roccia and Hoa T. Nguyen and Petter Veseth and Finn G. Nielsen and Cristian G. Gebhardt},
journal= {arXiv preprint arXiv:2502.10256},
year = {2026}
}