铰接塔-油轮系统的恢复刚度具有分段非线性特性。铰接塔和油轮的运动通过缆绳相互耦合,缆绳的交替张紧松弛引起系统刚度的不连续性,并导致缆绳中的张力突变,甚至引发系缆的断裂和失效。本文研究风、流及规则波作用下铰接塔-油轮系统的动力特性和系缆张力变化特性。主要研究内容和成果为:考虑铰接塔纵摇和油轮纵荡,建立了风、浪、流作用下铰接塔-油轮系统的两自由度分析模型。连接铰接塔和油轮的系泊缆绳用一不对称的、分段非线性恢复力函数来表示。作用在铰接塔上的波浪载荷采用莫里森方程求出。在椭圆柱坐标下采用基于二维海姆霍兹方程的线性绕射理论来计算作用在油轮上的一阶波浪载荷,二阶波浪力则应用Pinkster近场方法来计算。基于达朗贝尔原理建立了系统的运动方程,并采用龙格库塔方法进行求解,计算了高度为88.4m的铰接塔和10万吨级油轮组成的系泊系统的运动响应和系缆张力,并分析了不同参数对系统动力特性和缆绳张力的影响。本文研究结果表明,即使是在规则波激励下,由于系统的非线性,仍可能发生慢漂振荡。系统在较大的频率范围内出现1/2亚谐运动与谐波运动共存的现象,且铰接塔和油轮具有相同的亚谐阶数。增大激励幅值和风流力均会使多解区域减小。在大的风、流力作用下,油轮大幅漂移影响使稳态平衡位置远离初始平衡位置,同时会使油轮漂移加快,使得系缆从松弛到张紧变化加快,从而引起系缆张力的突变和增大。