具有對(duì)高載荷平滑應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)的系泊組件的制作方法
【專利摘要】一種系泊組件(20)，其包含由彈性體材料形成的數(shù)個(gè)不同的可變形元件(22a-22f)。該組件具有拉延長(zhǎng)度L，至少一個(gè)元件具有<L的長(zhǎng)度L′。由于系泊組件(20)包含數(shù)個(gè)不同的彈性體元件(22a-22f)，每個(gè)都具有其自己的獨(dú)特的彈性(即可逆的)應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)，組件(20)的總體響應(yīng)是由數(shù)個(gè)彈性體元件(22a-22f)的每一個(gè)響應(yīng)的組合而產(chǎn)生的復(fù)合彈性響應(yīng)。系泊組件(20)可以形成用于浮動(dòng)裝置和?；Y(jié)構(gòu)如再生能源裝置的系泊系統(tǒng)的一部分，，尤其在低余地或高可變性環(huán)境中，再生能源裝置包括低余地波能轉(zhuǎn)化裝置、潮汐渦輪機(jī)和潮間臺(tái)、養(yǎng)魚場(chǎng)、采油場(chǎng)和離岸風(fēng)電場(chǎng)。
【專利說明】具有對(duì)高載荷平滑應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)的系泊組件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及系繩組件，例如用于系泊水體內(nèi)的浮動(dòng)或浸沒裝置或結(jié)構(gòu)的組件。該組件特別適于在要求小覆蓋區(qū)和低余地操作的情況下的系泊應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)上，系泊組件限于近岸使用，例如將船只或浮船拴系至棧橋或碼頭。常規(guī)系泊繩通常由合成材料例如聚酯、尼龍或Kevlar ?制成。雖然聚酯和尼龍系泊繩十分具彈性，但它們僅實(shí)現(xiàn)大約10-25%的小延長(zhǎng)。常規(guī)系泊繩也可由金屬絲金屬線制成，極其牢固，但難以操持和維護(hù)。由金屬絲繩和合成材料的組合制成的常規(guī)系泊組件通常稱為錨索。
[0003]繩索和纜繩技術(shù)的最新進(jìn)展還實(shí)現(xiàn)了在鋼絞線之間使用聚合物材料來在采礦和油/氣應(yīng)用中幫助保護(hù)繩索以避免金屬疲勞。這種聚合物材料保護(hù)套，例如Bridon公司的Dyform牌繩索中的許多都未利用聚合物的延長(zhǎng)能力，因?yàn)槔|繩的延長(zhǎng)受到鋼絞線的限制。US4534262和US4597351包含有這種保護(hù)套方法的實(shí)例。堅(jiān)固的套材料可以像繩索那樣編織，但其因此也像繩索那樣具有類似最大延展的限制。這些最大延展取決于編織設(shè)計(jì)，但極為有限，并且沒有利用彈性體材料可能的100%+延展。使用現(xiàn)有編織尼龍和聚酯繩將使相同的延長(zhǎng)下能承受更高的載荷而帶來更多益處。此外，編織本身帶來了磨損問題，這些設(shè)計(jì)類型由于合成繩索在循環(huán)載荷環(huán)境下遇到相同的磨損問題。
[0004]FR2501739含有用于拖纜的替代性方法，其中將長(zhǎng)度比芯橡膠部分更長(zhǎng)的非彈性體旁路纜繩用于保護(hù)以免高載荷。在該情境下，該橡膠芯現(xiàn)在可以在鋼旁路纜繩接受載荷之前，伸展至更長(zhǎng)的長(zhǎng)度。然而，鋼纜繩本身是非彈性的，并且與彈性芯相比具有幾乎無(wú)限斜率(應(yīng)力/應(yīng)變)。這導(dǎo)致沖擊載荷的重大問題。一旦橡膠芯伸展至其極限，則鋼纜繩保護(hù)它，但產(chǎn)生高沖擊載荷，這導(dǎo)致更高的峰載荷，并且要求鋼纜繩比其他情況下可能所需的更厚。這些高沖擊載荷增加錨載荷并且該裝置上的載荷本身增加疲勞損壞和成本。
[0005]Seaflex?是用于固定浮船的彈性系泊系統(tǒng)。系泊組件是一種錨索，其一個(gè)或多個(gè)橡膠絞線和所謂的旁路纜繩，所述旁路纜繩由剛性合成纖維或線形成并且防止橡膠絞線過度延展。Seaflex⑧橡膠錨索可以承受高于IOkN的力和超過100%的延長(zhǎng)以允許所述系泊考慮到水位波動(dòng)的程度。US2005/103251和US2009/202306類似于Seaflex方法并且描述其中使用鋼旁路纜繩("安全鎖定環(huán)")的彈性體系泊解決方案。在這些情況下，當(dāng)彈性體繩索完全延展而鋼纜繩承重時(shí)再次發(fā)生問題。由于與彈性體繩索相比鋼纜繩幾乎無(wú)限的斜率，生成可以導(dǎo)致疲勞、損壞和更高的錨成本的高沖擊載荷。一般而言，這些常規(guī)鋼旁路系泊解決方案僅適于通常多個(gè)錨索分擔(dān)載荷的低載荷、近岸、受掩蔽的應(yīng)用。
[0006]然而，常規(guī)系泊解決方案如錨索不適于在深水中將裝置拴系至海床或者用于在浮動(dòng)裝置承受大潮汐流和/或波浪運(yùn)動(dòng)的環(huán)境中系泊。例如，蘇格蘭北海岸以外，40m水深處，波浪將平均小于2m高，每年風(fēng)暴期間增加到平均4m并且百年一遇的風(fēng)暴時(shí)增加到平均高于5m。個(gè)別波浪可能比平均高度高數(shù)倍，導(dǎo)致波浪高度的變化占波浪深度的比例很大(低余地情境)的。常規(guī)纜繩和錨索的強(qiáng)度不能承受由潮汐運(yùn)動(dòng)和不可預(yù)測(cè)的風(fēng)暴浪施加在浮動(dòng)裝置上的力，或者其成本過高而不能安裝可以處理這些力的系統(tǒng)。
[0007]因此要求另一類別的系泊組件，其可以用于拴系浮動(dòng)裝置和海基結(jié)構(gòu)如再生能源裝置的系泊系統(tǒng)，所述浮動(dòng)裝置和海基結(jié)構(gòu)包括尤其是在低余地或高可變性環(huán)境中的波能轉(zhuǎn)化裝置、潮汐渦輪機(jī)和潮間臺(tái)、養(yǎng)魚場(chǎng)、采油場(chǎng)和離岸風(fēng)電場(chǎng)。在這些環(huán)境下需要有這樣一種系泊解決方案，其可以在正常波浪或潮汐響應(yīng)下實(shí)現(xiàn)低斜率(理想地是平的)載荷響應(yīng)，并且在更極端環(huán)境下具有平滑承力高斜率保護(hù)性彈性體響應(yīng)。理想地，隨著延展的斜率連續(xù)增加，該承力較高斜率響應(yīng)將是非線性的。
[0008]系泊組件的主要目的是控制被系泊裝置和其拴系點(diǎn)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)可能由波浪和/或潮汐運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致。因此該系泊組件必須針對(duì)該裝置的運(yùn)動(dòng)施加回復(fù)力。在待系泊裝置相對(duì)于水深度發(fā)生相對(duì)大位移的情況下，可能難以滿足系泊組件的需要。在這些環(huán)境下，需要系泊的余地不太大，其中"余地"定義為每單位水深度的系泊長(zhǎng)度。還需要最小化系泊系統(tǒng)的覆蓋區(qū)，其中"覆蓋區(qū)"為由系泊組件占據(jù)的海床面積。
[0009]圖1為常規(guī)用于拴系浮動(dòng)結(jié)構(gòu)3如潮間臺(tái)的基本單點(diǎn)懸索系泊的示意圖。該懸索系泊線包含水平通往海床的自由懸掛線或纜繩5 (—般為鋼鏈)。系泊線5的回復(fù)力主要地由該線中懸掛重量和預(yù)張力產(chǎn)生。圖1表明，當(dāng)水深度由于大波浪而增加時(shí)，懸索鏈5因?yàn)槠脚_(tái)3向上和向左漂移而被提升離海床4。當(dāng)水深度降低時(shí)，鏈5沿海床4布置并且平臺(tái)3向下并向右漂移。因此，需要大量的鏈和大空間包絡(luò)來在水深度上升和下落時(shí)允許平臺(tái)水平運(yùn)動(dòng)。這導(dǎo)致系泊系統(tǒng)的極高材料成本并且限制陣列中平臺(tái)的定位。懸索系泊系統(tǒng)甚至可以用于深海應(yīng)用，但所述鏈必須制作得很長(zhǎng)，使其在錨點(diǎn)不產(chǎn)生任何垂直載荷。
[0010]由于與懸索系統(tǒng)一起使用的常規(guī)牽引嵌入錨的水平反應(yīng)性質(zhì)，必須選擇該纜繩的余地以使得該纜繩在給定環(huán)境條件下永不從海床上拉起。大波浪可以高達(dá)20m高，即與水深度相同量級(jí)，并且處理這種變化所要求的鏈長(zhǎng)度變得很大。通常余地為三就足夠，但在較淺水中，經(jīng)常要求大于五的余地。這種系泊系統(tǒng)通常效率低并且占據(jù)該裝置周圍的大量海床空間，導(dǎo)致高成本和大覆蓋區(qū)。在最極端條件下，鋼懸索系統(tǒng)上的水平系泊力可能高于5000kN。因?yàn)橄挡淳€易于在海床接地點(diǎn)磨損，懸索系統(tǒng)的其它缺點(diǎn)為疲勞。
[0011]因此，當(dāng)用潮間臺(tái)等等實(shí)施懸索系泊系統(tǒng)時(shí)，存在許多問題。特別地，要求極大的余地、海床覆蓋區(qū)和水平運(yùn)動(dòng)包絡(luò)來允許平臺(tái)經(jīng)受得住波浪。
[0012]存在替代性系泊系統(tǒng)，其可以更合適特定環(huán)境，例如使用水面浮體、或重量。然而，這些系統(tǒng)也導(dǎo)致相當(dāng)大的額外成本并且通常受累于更大覆蓋區(qū)和很高力的類似問題。這些替代性方法中的許多將使用鋼纜繩和聚酯繩來試圖克服所述挑戰(zhàn)，但它們不可能在高度可變的海洋環(huán)境中向主體的運(yùn)動(dòng)提供足夠響應(yīng)。它們?cè)诟叻辶r(shí)或在力大變化時(shí)特別受損害，導(dǎo)致較高的疲勞度。
[0013]作為懸索系泊系統(tǒng)的替代形式，有限數(shù)量的彈性系泊組件已變得可利用，其相比于懸索系統(tǒng)是拉緊的。如上文提及，這些纜繩通常包含彈性體(例如橡膠)材料，以便允許系泊延長(zhǎng)以適應(yīng)(例如)由于潮汐流導(dǎo)致的裝置的運(yùn)動(dòng)。在這些系泊組件中，一個(gè)或多個(gè)橡膠絞線可能與由剛性合成纖維或線形成的所謂的旁路纜繩平行組合，所述旁路纜繩由剛性合成纖維或線形成并且防止橡膠絞線過度延展。然而，這種旁路纜繩的重大問題在于，一般非平滑應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)冒響應(yīng)于延長(zhǎng)的極高峰力的危險(xiǎn)，導(dǎo)致疲勞和損壞。
[0014]包含彈性體材料的系泊組件正在近岸和碼頭系泊應(yīng)用中變得流行。通過允許系泊系統(tǒng)中的柔性組件隨著船舶或裝置的起伏和浪涌伸展，它們提供優(yōu)于傳統(tǒng)系泊解決方案的許多優(yōu)點(diǎn)。它們還導(dǎo)致更少的海床損壞，作為可以將額外的松弛性構(gòu)建到系泊系統(tǒng)內(nèi)。然而，這些系泊系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)成防止船舶漂移，而未被設(shè)計(jì)成在較深的水中提供低余地、小覆蓋區(qū)性能。當(dāng)前彈性體解決方案僅在相對(duì)于水深度而言波浪高度變化較小的情況下良好運(yùn)轉(zhuǎn)，其中該系泊被用于例如非港口浮船，或水高度的潮汐變化很低的河口。
[0015]包含橡膠元件和剛性旁路纜繩以防止過度延展的彈性系泊線受限于它們可以制作的長(zhǎng)度，因?yàn)楹铣衫w維或鋼旁路纜繩可能不相稱地添加組件重量。在實(shí)踐中，這種線不超過約IOm長(zhǎng)，因此大多數(shù)用于系泊小艇碼頭中的浮船和船只。這些系泊的某些中的編織合成繩索可能還受累于磨損問題。
[0016]此外，這些彈性體解決方案均受累于相同的基本問題，即在低波情境中實(shí)現(xiàn)回復(fù)力所要求的彈性體材料直徑遠(yuǎn)小于承受很高力所要求的直徑。對(duì)于正常橡膠材料，狂浪狀況下需要的?MN的反作用力將要求材料直徑>lm。該直徑將沿橡膠組件的整個(gè)長(zhǎng)度存在，導(dǎo)致難控制或不經(jīng)濟(jì)的組件。這因此將可以常規(guī)彈性體實(shí)現(xiàn)的非線性力響應(yīng)的范圍限制到很小范圍，這不可能解決在非掩蔽的例如高波環(huán)境下的系泊需要。鋼旁路纜繩當(dāng)然可以用較小直徑實(shí)現(xiàn)這種力，但如果包括這種纜繩，則力響應(yīng)將不平滑。
[0017]本申請(qǐng) 優(yōu)先權(quán)日:期之后公布的WO 2011/033114公開一種對(duì)這一問題的解決方案。其提出使用多個(gè)不同的彈性體長(zhǎng)度，這些彈性體一個(gè)比一個(gè)更厚，實(shí)現(xiàn)一個(gè)比一個(gè)更高的載荷保護(hù)，在一個(gè)比一個(gè)更長(zhǎng)的延展下承力。雖然該解決方案確實(shí)起作用，但受累于上文強(qiáng)調(diào)的相同問題，即承受高載荷所要求的彈性體的厚度變得極大。此外，最厚彈性體也是組件中的最長(zhǎng)元件，因此整個(gè)裝置在較大尺寸下變得難控制。
[0018]雖然當(dāng)前可用的彈性線如Supflex ?可以能夠在掩蔽環(huán)境中承受惡劣氣候條件而不斷裂，但它們?cè)谘娱L(zhǎng)后提供急劇增加的應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)，并且可能因此對(duì)系泊系統(tǒng)施加相對(duì)高的力。雖然可向所施加的波浪力提供非線性應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)，但它們未實(shí)現(xiàn)更挑戰(zhàn)的系泊環(huán)境所要求的平滑性能和響應(yīng)曲線。為了實(shí)現(xiàn)許多離岸應(yīng)用所要求的性能水平，這些系泊將要求相對(duì)大的余地，也就是說，每單位深度的長(zhǎng)度和大的海床覆蓋區(qū)。這意味著將必須使用更多材料、更高等級(jí)的材料并且成本可能變得昂貴。
[0019]理想地，深海系泊系統(tǒng)需要能在其放置的位置處適應(yīng)于海洋狀況，所以其必須能夠在極短時(shí)間內(nèi)調(diào)整其對(duì)來自波浪的作用力的響應(yīng)。理想地，這種系泊系統(tǒng)是自調(diào)整的，以便降低嚴(yán)酷環(huán)境中的故障的風(fēng)險(xiǎn)。理想地，系泊系統(tǒng)應(yīng)該在最低可能斷裂限度下吸收載荷力。其還應(yīng)該是高性價(jià)比的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020]本發(fā)明尋求提供改進(jìn)的系泊組件和系統(tǒng)，所述系泊組件和系統(tǒng)可以承受波浪高度和/或潮汐運(yùn)動(dòng)的相對(duì)大變化并同時(shí)具有低余地和小覆蓋區(qū)。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種系泊組件，其包含由彈性體材料形成的數(shù)個(gè)不同可變形元件，其中該組件具有拉延長(zhǎng)度L并且至少一個(gè)該元件具有〈L的長(zhǎng)度L’。
[0022]因此認(rèn)識(shí)到，實(shí)際上可以選擇較短彈性體元件來提供比其它更長(zhǎng)的彈性體元件更大的剛性，以提供保護(hù)以免高作為平滑復(fù)合應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)的一部分的載荷，也就是說，沒有剛性旁路環(huán)典型的突然沖擊力。這是與現(xiàn)有技術(shù)在方向上的徹底改變，其中另外的安全拴系或旁路線長(zhǎng)于該組件的拉延長(zhǎng)度。
[0023]因此，根據(jù)本發(fā)明，提供一種拉緊系泊組件，其中，例如因?yàn)樵摻M件連接到承受潮汐流和/或波浪的主體，將元件設(shè)置成當(dāng)施力以延展系泊組件的拉延長(zhǎng)度時(shí)變形。因?yàn)橄挡唇M件包含數(shù)個(gè)不同的彈性體元件，各自具有其自身唯一的彈性(即可逆的)應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)，組件的總體響應(yīng)是由數(shù)個(gè)彈性體元件中的每一個(gè)的響應(yīng)的組合產(chǎn)生的復(fù)合彈性響應(yīng)。此外，至少由于元件之間的長(zhǎng)度差異，以及彈性體元件之間的任何其它差異，總體應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)不是線性的。由于其非線性響應(yīng)，系泊組件在其伸展時(shí)可以平滑地且溫和地接合。
[0024]特別地，在低余地或高可變性環(huán)境中，合意的是具有這樣一種彈性體系泊組件，其可以在正常波浪或潮汐響應(yīng)下實(shí)現(xiàn)低斜率(理想地是平的)載荷響應(yīng)，并且在更極端環(huán)境下平滑地接合高斜率保護(hù)性彈性體響應(yīng)。理想地，在伴隨延展的斜率連續(xù)增加下，該接合較高斜率響應(yīng)將是非線性的。本發(fā)明允許實(shí)現(xiàn)比通過單個(gè)可變形元件或通過就組成和構(gòu)造而言相同的多個(gè)元件可以提供的更復(fù)雜的非線性應(yīng)力應(yīng)變輪廓。有利地，可以選擇不同彈性體元件以便針對(duì)系泊系統(tǒng)將使用的位置來修整組件對(duì)預(yù)期環(huán)境載荷的總體復(fù)合非線性響應(yīng)。
[0025]組件的拉延長(zhǎng)度L定義為將響應(yīng)于作用力而伸展的初始長(zhǎng)度。該長(zhǎng)度L在未伸展?fàn)顟B(tài)下測(cè)量，并且對(duì)應(yīng)于組件的應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)曲線中的零應(yīng)變點(diǎn)。當(dāng)然，例如，因?yàn)樵搹椥泽w元件通過非可變形元件如剛性合成或金屬纜繩而附接到端部連接器，該組件可以具有高于長(zhǎng)度L的物理長(zhǎng)度。這種附接意味著不貢獻(xiàn)組件的非線性彈性響應(yīng)并且在測(cè)量該拉延長(zhǎng)度L時(shí)不被考慮。
[0026]優(yōu)選地，數(shù)個(gè)不同可變形元件、或至少長(zhǎng)度L’的彈性體元件和長(zhǎng)度L的一個(gè)或多個(gè)彈性體元件在該系泊組件中平行連接。這意味著該元件被設(shè)置成響應(yīng)平行施加的拉伸應(yīng)力，以便元件的彈性常數(shù)將根據(jù)相反關(guān)系組合，而不僅僅如彈性元件串聯(lián)連接時(shí)的總和關(guān)系。所得復(fù)合應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)將因此含有來自不同元件的加權(quán)貢獻(xiàn)。平行排列還可以組件的長(zhǎng)度最小化，并同時(shí)提供許多不同彈性體元件以貢獻(xiàn)總體非線性彈性響應(yīng)。根據(jù)一組實(shí)施方案，平行排列可以包含數(shù)個(gè)彈性體元件，所述彈性體元件并排地延展，可能彼此觸碰，但優(yōu)選處于基本上非接觸排列。這種排列可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和組件的裝配。在其它組實(shí)施方案中，該平行排列可以包含數(shù)個(gè)彈性體元件，所述彈性體元件被布置、束縛、纏繞、包裹和/或編織在一起。這種排列可以實(shí)現(xiàn)較低的纏結(jié)風(fēng)險(xiǎn)，但具有更復(fù)雜的裝配和設(shè)計(jì)。當(dāng)然，組合排列還可以用于相同組件中，其中某些元件纏繞在一起并且其它呈非接觸排列。
[0027]如本文所用的術(shù)語(yǔ)"復(fù)合"表明應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)是組合或累積或混合式可逆非線性應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)。該系泊組件包含數(shù)個(gè)不同可變形元件并且所得非線性響應(yīng)是數(shù)個(gè)不同元件中的每一個(gè)的響應(yīng)的組合。優(yōu)選地，該組件具有在其正常操作范圍內(nèi)的復(fù)雜非線性應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)。合意地，該組件具有在其操作范圍內(nèi)的數(shù)個(gè)非線性應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)。
[0028]雖然可以使用提供基本上線性彈性響應(yīng)的某些彈性體材料和/或元件構(gòu)造，但優(yōu)選的是每個(gè)彈性體元件具有非線性彈性響應(yīng)。這可以使得更容易將組件的總體復(fù)合彈性響應(yīng)修整為非線性的并且以復(fù)雜方式改變。更優(yōu)選的是，元件的組合響應(yīng)(即復(fù)合響應(yīng))是平滑的，不含有可能在系泊系統(tǒng)中導(dǎo)致高沖擊載荷的突然的載荷步驟或斜率的劇烈改變。
[0029]還優(yōu)選的是，彈性體元件提供被動(dòng)彈性響應(yīng)，無(wú)論是線性的還是非線性的。如本文所用的術(shù)語(yǔ)"被動(dòng)"表明拉伸元件的應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)是固有性質(zhì)，其隨其中包含的材料或材料和/或該元件的設(shè)計(jì)、形狀和/或構(gòu)造而變。因此將理解，被動(dòng)響應(yīng)不要求任何額外輸入，例如氣壓、液壓、或施加的電荷或電壓。
[0030]因?yàn)樘峁?fù)合非線性響應(yīng)，可以有效地修整單個(gè)系泊組件來應(yīng)付許多海洋狀況或環(huán)境條件?？梢詫?shí)現(xiàn)比用常規(guī)組件可能的更復(fù)雜的應(yīng)力應(yīng)變輪廓。例如，復(fù)合應(yīng)力應(yīng)變輪廓可以具有許多非線性的點(diǎn)，以使得該組件在作用力的若干閾值或水平下提供反作用力的劇烈增加。在復(fù)合應(yīng)力應(yīng)變輪廓的至少某些部分中，可以在例如閾值點(diǎn)之間提供基本上線性的響應(yīng)。修整的非線性復(fù)合應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)可以允許為系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)寬范圍的潛在響應(yīng)曲線，并且所需反應(yīng)力在組件的特定延展下實(shí)現(xiàn)。因此，可以降低在該系泊系統(tǒng)下產(chǎn)生的載荷力。
[0031]由于不同彈性體元件的組合，系泊組件可以具有提高的在寬范圍的操作條件下吸收力的能力。當(dāng)拉伸以適應(yīng)系泊系統(tǒng)中裝置的運(yùn)動(dòng)時(shí)，彈性體元件的至少一些可以能夠提供大延展，例如多達(dá)300%。元件的拉緊構(gòu)造和變形性可以顯著降低系泊組件要求的材料量以及其尺寸。這意味著，系泊系統(tǒng)的余地、水平空間包絡(luò)和海床覆蓋區(qū)可以減小，并同時(shí)向各種環(huán)境載荷提供改進(jìn)的響應(yīng)。該系泊系統(tǒng)因此可以提供包括減少成本和浮動(dòng)裝置的更大封裝密度在內(nèi)的優(yōu)點(diǎn)。
[0032]此外， 申請(qǐng)人:已認(rèn)識(shí)到，可能有益的是最小化系泊組件中的彈性體材料量，以不僅減少成本而且還減小系泊組件的尺寸和/或重量。系泊組件的尺寸和重量可能是運(yùn)輸和安裝的重要因數(shù)。材料的拉伸強(qiáng)度越高，實(shí)現(xiàn)所需力所要求的直徑越小?？梢允褂酶俚膹椥泽w材料，前提條件是彈性體元件中的至少一個(gè)具有小于組件的拉延長(zhǎng)度L的長(zhǎng)度L’。例如通過將具有長(zhǎng)度L’的較短元件設(shè)計(jì)為僅在較大延展下提供反作用力的元件，可以不折損組件的復(fù)合響應(yīng)。例如，只要組件處于張力下，則具有與系泊組件的相同的長(zhǎng)度L的至少一個(gè)元件可以伸展并且提供初始響應(yīng)，同時(shí)具有〈L的長(zhǎng)度L’的另一個(gè)元件可以被設(shè)置成使得其不響應(yīng)，直至已經(jīng)達(dá)到預(yù)定應(yīng)變。這些元件可以與可能單獨(dú)具有長(zhǎng)于L的長(zhǎng)度的非彈性元件如鋼纜繩組合。
[0033]不同可變形元件中的每一個(gè)均可以響應(yīng)于所施加應(yīng)變而拉伸或壓縮。當(dāng)然，為了系泊組件能夠伸展并且允許裝置在某個(gè)運(yùn)動(dòng)包絡(luò)內(nèi)移動(dòng)，其必須在其總體響應(yīng)內(nèi)拉伸。優(yōu)選地，具有長(zhǎng)度L的至少一個(gè)元件是拉伸元件。然而，應(yīng)了解復(fù)合非線性彈性響應(yīng)可以包含拉伸和/或壓縮貢獻(xiàn)。
[0034]優(yōu)選地，該組件包含設(shè)置成向所施加拉伸應(yīng)力提供拉伸響應(yīng)的至少一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)、五個(gè)、六個(gè)或更多個(gè)彈性體元件。
[0035]替代或另外地，優(yōu)選地，該組件包含設(shè)置成向所施加拉伸應(yīng)力提供壓縮響應(yīng)的至少一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)或更多個(gè)彈性體元件。
[0036]在一個(gè)優(yōu)選組的實(shí)施方案中，該系泊組件包含具有等于所述組件的拉延長(zhǎng)度的長(zhǎng)度L的至少一個(gè)拉伸彈性體元件，和具有〈L的長(zhǎng)度L’的至少一個(gè)可變形彈性體元件。長(zhǎng)度L’的可變形元件可以是由彈性體材料形成的拉伸元件或壓縮元件。優(yōu)選地，當(dāng)組件處于其未伸展長(zhǎng)度L時(shí)，無(wú)元件受預(yù)應(yīng)變。
[0037]在其中長(zhǎng)度L’的彈性體元件提供拉伸響應(yīng)的實(shí)施方案中，該元件可以在系泊組件中簡(jiǎn)單地連接，以使得其在系泊組件經(jīng)受超過某閾值的延展時(shí)伸展。在其中長(zhǎng)度L’的彈性體元件提供壓縮響應(yīng)的實(shí)施方案中，該元件可以在系泊組件中連接，以使得其響應(yīng)于超過某閾值的組件延展而在固定部分和移動(dòng)部分之間被壓縮。這在以下情況下是可能的，系泊組件的一個(gè)端部一般連接(直接或間接)到錨(例如在海床上)并且因此固定，同時(shí)另一端(直接或間接)連接到水面或水面附近的移動(dòng)裝置。下文討論系泊組件可以如何在系泊系統(tǒng)中連接的其它細(xì)節(jié)。
[0038]具有長(zhǎng)度L’的彈性體元件以及長(zhǎng)度至多且包括初始拉延長(zhǎng)度L的任選的其它元件可以操作性連接以按任何合適方式貢獻(xiàn)組件的非線性彈性響應(yīng)。優(yōu)選地，每個(gè)彈性體元件在所述系泊組件中連接以使得當(dāng)該組件從其初始拉延長(zhǎng)度達(dá)到某延展時(shí)其貢獻(xiàn)彈性響應(yīng)(拉伸或壓縮)。優(yōu)選地，提供至少一個(gè)只要組件從其初始長(zhǎng)度L延展就給予拉伸響應(yīng)的元件。其它拉伸元件也可被設(shè)置成在組件延展時(shí)貢獻(xiàn)復(fù)合響應(yīng)。
[0039]除在系泊組件中選擇彈性體元件的不同長(zhǎng)度之外，組件的總體長(zhǎng)度一其優(yōu)選地與初始拉延長(zhǎng)度L基本相同(例如考慮任何端部連接器之后)一可以根據(jù)許多因數(shù)選擇，所述因數(shù)包括水深度，系泊系統(tǒng)整合，組件運(yùn)輸和安裝，和/或成本。一旦已經(jīng)選擇所需組件長(zhǎng)度，則這一長(zhǎng)度可以與在組件將使用的位置處平均波浪高度以及波浪高度的預(yù)期變化相比。隨后，將由海洋環(huán)境決定的組件的要求延長(zhǎng)范圍和應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)用于設(shè)計(jì)彈性體元件的選擇。
[0040]在確定組件的要求延長(zhǎng)范圍時(shí)，被系泊主體的軌道運(yùn)動(dòng)(將取決于發(fā)生的波浪狀態(tài))可以與組件的長(zhǎng)度相比。組件優(yōu)選被設(shè)計(jì)成使得其可以伸展以適應(yīng)運(yùn)動(dòng)的預(yù)期改變并同時(shí)保持彈性響應(yīng)的安全因數(shù)。例如取決于元件的彈性體材料，一個(gè)組件與另一組件的安全因數(shù)可能不同，但可能涉及最大延長(zhǎng)，在超過該最大延長(zhǎng)時(shí)，相對(duì)于其預(yù)定保養(yǎng)時(shí)間，該組件預(yù)期遭受不可接受水平的疲勞度。
[0041]在一些實(shí)施方案中，復(fù)合可逆非線性應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)可能包含組件初始長(zhǎng)度的至多10-20%延長(zhǎng)的回復(fù)力初始增加。另外或替代地，該響應(yīng)優(yōu)選地在組件的正常操作范圍的至少一部分內(nèi)提供一般恒定的回復(fù)力，其中正常操作范圍一般可以對(duì)應(yīng)于20%到至多200%的延長(zhǎng)，或在某些情況下更多。例如考慮到通常的波浪高度和/或潮汐流，該正常操作范圍可以對(duì)應(yīng)于在其位置處典型條件下拴系裝置的預(yù)期水平運(yùn)動(dòng)包絡(luò)。在至少一些實(shí)施方案中，將元件設(shè)置成為以下一個(gè)或多個(gè)范圍內(nèi)的延長(zhǎng)提供包含一般恒定的回復(fù)力的響應(yīng):(i) 20-30% ； (ii) 30-40% ； (iii) 40-50% ； (iv) 50-60% ； (v) 60-70% ；
(vi)70-80%； (vii)80-90% ； (viii)90-100% ； (ix)100-110% ； (x)110-120% ； (xi) 120-130% ；
(xii)130-140% ； (xiii) 140-150% ； (xiv) 150-160% ； (xv) 160-170% ； (xvi) 170-180% ；
(xvii)180-190% ;和(xviii) 190-200%。有利地，該組件因此可以被修整成提供將該裝置約束在正常條件下的接近恒定的系泊力。
[0042]如上文所闡述，取決于系泊位置可以通過適當(dāng)選擇不同彈性體元件來設(shè)計(jì)給定長(zhǎng)度的系泊組件以提供所要求的延長(zhǎng)范圍?？梢詮念A(yù)期平均波浪高度與組件長(zhǎng)度的比率確定延長(zhǎng)范圍。雖然一般將范圍選擇為不太小以免組件中的彈性體材料浪費(fèi)，但可以有限該范圍以便避免隨著時(shí)間的過去而疲勞并且包括某些安全因數(shù)。在至少一些實(shí)施方案中，該組件可以在約50-100%延長(zhǎng)的正常操作范圍內(nèi)提供一般恒定的回復(fù)力，但這取決于組件的設(shè)計(jì)并且純粹通過舉例給出。
[0043]理想地，選擇組件的拉伸彈性體響應(yīng)，以在給定系泊系統(tǒng)的正常操作范圍內(nèi)提供一般恒定的回復(fù)力。因此，選擇組件的長(zhǎng)度L，以便所需的最大延長(zhǎng)在其中疲勞度最小的彈性體的正常操作延長(zhǎng)內(nèi)(例如對(duì)于橡膠，的100-150%)。隨后設(shè)計(jì)額外元件來在這一正常操作范圍以外平滑地接合，實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步延展，但伴有大大增加的載荷，在更極端環(huán)境條件下保護(hù)被系泊裝置。在許多系泊情境下，正常操作延展通過當(dāng)前載荷和波浪的軌道運(yùn)動(dòng)(即波長(zhǎng))的組合來定義。
[0044]優(yōu)選地設(shè)置具有長(zhǎng)度L’的一個(gè)或多個(gè)元件，以便僅當(dāng)組件從其初始拉延長(zhǎng)度達(dá)到某延展時(shí)提供額外響應(yīng)(拉伸或壓縮)。因此可以將這些元件設(shè)計(jì)成在被系泊裝置承受異常條件如高風(fēng)暴浪和/或潮汐流時(shí)約束該裝置。在優(yōu)選實(shí)施方案中，復(fù)合響應(yīng)可以包含對(duì)于高于100%、120%、140%、160%、180%、200%、220%、240%、或甚至高于250%的延長(zhǎng)的回復(fù)力劇烈增加。另外，這些值僅通過舉例給出，并且將取決于系泊位置和組件設(shè)計(jì)的選擇。優(yōu)選地通過具有長(zhǎng)度L’的一個(gè)或多個(gè)元件提供該響應(yīng)這一部分。
[0045]在一組實(shí)施方案中，通過非彈性體的一個(gè)或多個(gè)額外拉伸元件將具有長(zhǎng)度L’的元件在所述組件中操作性連接。非彈性體元件可以由更便宜或更高拉伸強(qiáng)度的材料如鋼纜繩組成。這些非彈性體元件也可具有非線性響應(yīng)，但優(yōu)選地，其彈性響應(yīng)是線性的并且比彈性體元件更加剛性。雖然額外的拉伸元件將以某些方式貢獻(xiàn)總體復(fù)合響應(yīng)，但可以將它們?cè)O(shè)計(jì)成提供相對(duì)低的、且優(yōu)選恒定或線性的、彈性回復(fù)力，所述回復(fù)力基本上不參與修整非線性響應(yīng)的計(jì)算。因此，其優(yōu)選地為復(fù)合非線性響應(yīng)的大部分修整的彈性體元件。
[0046]在一個(gè)優(yōu)選組的實(shí)施方案中，具有長(zhǎng)度L’的每個(gè)彈性體元件與非彈性體的一個(gè)或多個(gè)額外拉伸元件操作性串聯(lián)連接。這些額外非彈性體元件可以具有初始拉延長(zhǎng)度，所述初始拉延長(zhǎng)度與彈性體元件的長(zhǎng)度L’組合以匹配系泊組件的拉延長(zhǎng)度L。換句話說，一個(gè)或多個(gè)非彈性體元件可以具有L-L’的總拉延長(zhǎng)度。一個(gè)或多個(gè)非彈性體元件可以跨越距離L-L’，并且優(yōu)選地將長(zhǎng)度L’的彈性體元件連接到系泊組件的端部。
[0047]優(yōu)選地，額外的拉伸元件提供對(duì)拉伸應(yīng)力的彈性響應(yīng)。在某些實(shí)施方案中，額外的拉伸元件可以包含例如合成或金屬材料的松弛纜繩，其具有大于所需拉延長(zhǎng)度L-L’的物理長(zhǎng)度以便允許擴(kuò)展。因此，僅當(dāng)連接纜繩在張力下拉緊時(shí)，短彈性體元件將開始在其長(zhǎng)度L’中發(fā)生的應(yīng)變。優(yōu)選地，纜繩很薄和/或由相對(duì)輕質(zhì)的材料制成。這可以幫助節(jié)省材料成本和重量。其它實(shí)施方案中，額外的拉伸元件可以包含非彈性體彈簧，例如金屬?gòu)椈伞?yōu)選地，該彈簧具有比長(zhǎng)度L’的彈性體元件更低的彈性模數(shù)。因此，當(dāng)力施加到該組件時(shí)，非彈性體彈簧將易于首先伸展，并且彈性體元件將僅在更大延展的應(yīng)變下伸展。該非彈性體拉伸元件優(yōu)選是堅(jiān)固的，具有很高的最終拉伸強(qiáng)度，以便其在拉緊時(shí)不斷裂并且能夠?qū)⒘鬟f到彈性體元件。
[0048]優(yōu)選地，具有〈L的長(zhǎng)度L’的一個(gè)或多個(gè)彈性體元件在所述組件中操作性連接，使得它們僅當(dāng)組件的延展為至少50%、100%、150%、200%、250%、300%、或超過300%時(shí)經(jīng)受應(yīng)變。如上文所闡述，這可以在至少一組實(shí)施方案中通過將彈性體元件與具有較低彈性模數(shù)(或較高拉伸強(qiáng)度)的拉伸元件如金屬?gòu)椈纱?lián)連接來實(shí)現(xiàn)。可以設(shè)置長(zhǎng)度L’的彈性體元件以發(fā)生正應(yīng)變(拉伸)或負(fù)應(yīng)變(壓縮)。在后一種情況下，例如，與壓縮彈性體元件串聯(lián)連接的非彈性體元件可以在可移動(dòng)元件上拉動(dòng)，所述可移動(dòng)元件相對(duì)于固定元件推動(dòng)該壓縮元件。在任何情況下，在達(dá)到系泊組件的預(yù)定應(yīng)變閾值后，將非彈性體元件設(shè)置成將應(yīng)變傳遞到較短彈性體元件，以便它們可以開始貢獻(xiàn)組件的復(fù)合非線性響應(yīng)。該響應(yīng)因此可以被修整以應(yīng)付極端延展，使得例如系泊可以響應(yīng)風(fēng)暴條件和異常波。[0049]因此應(yīng)了解，根據(jù)本發(fā)明，可以通過選擇許多優(yōu)選平行連接的不同彈性體元件來實(shí)現(xiàn)，但是通過將一個(gè)或多個(gè)較短彈性體元件與在某延展閾值處將應(yīng)變傳遞到它們的非彈性體元件串聯(lián)放置，減少組件中的彈性體材料的量。即使較短彈性體元件可以更厚，以便提供更強(qiáng)響應(yīng)，但材料體積可以仍更小。就彈性體材料而言，組件的重量和成本可以因此減少。
[0050]具有〈L的長(zhǎng)度L’的若干彈性體元件可以在不同的長(zhǎng)度和/或厚度和/或材料情況下平行設(shè)置。在至少某些實(shí)施方案中，可能優(yōu)選的是對(duì)各種元件使用相同彈性體材料。在這種實(shí)施方案中，就其長(zhǎng)度和/或厚度而言，彈性體元件可以不同。
[0051]在一組優(yōu)選實(shí)施方案中，該系泊組件包含具有彈性體材料的數(shù)個(gè)可變形元件，其中至少一個(gè)元件具有選自以下一個(gè)的長(zhǎng)度L: (i)4-6m；(ii)6-8m；(iii)8-10m；(iv) 10_12m ； (V) 12_14m ； (vi) 14_16m ； (vii) 16_18m ； (viii) 18_20m ；or (ix) >20m 并且其中至少一個(gè)彈性體元件具有選自以下一個(gè)的<L的長(zhǎng)度L’: (i) l-2m ； (ii)2-4m ； (iii)4-6m ；(iv)6-8m ； (v)8-10m ； (vi) 10_12m ;或(vii) 12_14m。元件長(zhǎng)度L和L，的選擇將十分取決于系泊位置和波浪高度。拉延長(zhǎng)度L應(yīng)該優(yōu)選地等于或高于相當(dāng)普通的波浪狀況下的波浪高度，以便在該海洋狀況下產(chǎn)生100%或更低的延展，并且更高的海洋狀況產(chǎn)生更多延展，并且更低的海洋狀況產(chǎn)生更少延展。在至少某些實(shí)施方案中，該組件包含數(shù)個(gè)彈性體元件，每個(gè)均具有不同的〈L的長(zhǎng)度L’。這些元件可以覆蓋至多拉延長(zhǎng)度L的長(zhǎng)度范圍。優(yōu)選地，該彈性體元件平行連接。該復(fù)合響應(yīng)因此可以修整為不同長(zhǎng)度元件中的每一個(gè)的響應(yīng)的組合。應(yīng)了解，通過使用這種彈性體元件的組合，該系泊組件可以制作成基本上比現(xiàn)有產(chǎn)品更短。
[0052]在其它實(shí)施方案中，替代或另外地，具有〈L的長(zhǎng)度L’的至少一個(gè)元件的橫截面積(厚度)可以不同于一個(gè)或多個(gè)其它元件，使得復(fù)合響應(yīng)是不同厚度元件中的每一個(gè)的響應(yīng)的組合。不同的彈性體元件的厚度或直徑優(yōu)選選自以下一個(gè)或多個(gè)范圍:(i)0.05-0.1m ； (ii)0.1-0.2m ； (iii)0.2-0.3m ； (iv)0.3-0.4m ； (v)0.4-0.5m ；
(vi)0.5-0.6m ； (vii) 0.6-0.7m ； (viii) 0.7-0.8m ； (ix) 0.8-0.9m ;和(x) 0.9-1.0m。
[0053]應(yīng)了解，為元件選擇的厚度和/或材料十分尺度依賴。在全尺度波能轉(zhuǎn)化裝置的系泊組件中，例如，力在正常操作期間可能在1-10麗的范圍內(nèi)，例如可以預(yù)期在100%延長(zhǎng)下為?3麗。組件中的總體材料厚度則取決于所選材料和所要求的延長(zhǎng)。?100%延長(zhǎng)下的彈性體元件通常實(shí)現(xiàn)1.2MPa的拉伸強(qiáng)度，因此對(duì)于?3麗的力，可以使用3MN/1.2MPa=2.5m2的總橫截面積。例如，所述元件可以具有不同厚度和/或材料以便修整組件的總體復(fù)合應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)，而不是在直徑各0.75m的六個(gè)相同元件之間分擔(dān)所述力。
[0054]已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，尤其在長(zhǎng)度L’的較短元件中，通過使用較剛性彈性體(例如其比其它彈性體元件具有更高拉伸強(qiáng)度)，可以進(jìn)一步減少?gòu)椥泽w材料的量。另外或替代地，因此優(yōu)選的是，具有〈L的長(zhǎng)度L’的一個(gè)或多個(gè)可變形元件包含這樣的彈性體材料，其具有比具有長(zhǎng)度L (或長(zhǎng)度>L’但小于L)的元件的彈性體材料更高的彈性模數(shù)。一旦更柔性和更長(zhǎng)彈性體元件已伸展，這些較短元件可以因此設(shè)計(jì)成僅在較大延展下貢獻(xiàn)復(fù)合應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)。最短元件可以設(shè)置成提供保護(hù)以免例如由風(fēng)暴浪導(dǎo)致的極端位移。
[0055]具有〈L的長(zhǎng)度L’的可變形元件優(yōu)選地包含彈性模數(shù)為至少lMPa、2MPa、3MPa、4MPa、5MPa、6MPa或更大的彈性體材料。優(yōu)選地，提供具有〈L的長(zhǎng)度L’的至少一個(gè)可變形元件，其包含彈性模數(shù)至少為6MPa的彈性體材料。例如，將熱塑性材料用于最短元件可以實(shí)現(xiàn)比橡膠基材料高20-30倍的拉伸強(qiáng)度并且該元件可以因此具有所得更低直徑。此外，重要的是，任何這種高拉伸強(qiáng)度材料可以在相對(duì)波浪高度較大的可變形長(zhǎng)度上實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度而不是在短沖擊時(shí)間/距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)。通過結(jié)合這種高強(qiáng)度元件，系泊組件可以被更好配備以吸收大載荷并且針對(duì)極端波浪或漂移進(jìn)行保護(hù)。在至少某些實(shí)施方案中，具有長(zhǎng)度L的一個(gè)或多個(gè)元件也可包含彈性模數(shù)至多6MPa的彈性體材料。以此方式增加彈性體元件的強(qiáng)度可以降低組件的重量和體積，但可能使得更難以在較低延長(zhǎng)下將"柔性"響應(yīng)結(jié)合到復(fù)合應(yīng)力應(yīng)變曲線中。也可能需要針對(duì)更高強(qiáng)度材料的成本平衡重量減少。
[0056]可以將拉伸/壓縮元件的彈性體材料選擇為具有一種彈性模數(shù)，所述彈性模數(shù)將為具體系泊組件提供所需程度的延長(zhǎng)和力。該彈性體材料可以是熱塑性或熱固性的。合適的彈性體材料包括天然橡膠和合成橡膠如聚氨基甲酸酯或SBR，以及具有較高拉伸強(qiáng)度的材料如Neoprene @或Viton ?。這些材料適于海洋使用并且可以具有超過20年的極端壽命。優(yōu)選的是，所述元件中的至少一些(特別是具有長(zhǎng)度L的元件)由能夠延長(zhǎng)至少75%、100%、150%、200%、250%、或高于250%的彈性體材料形成。
[0057]無(wú)論是在張力或壓縮下可以提供相對(duì)高彈性模數(shù)并且可以用于在組件中形成短的剛性元件的各種彈性體材料是可用的。然而， 申請(qǐng)人:已了解，可能強(qiáng)度高且材料體積低的彈性體元件的一種特別有利的形式是壓縮元件，其設(shè)置成響應(yīng)于施加到組件的拉伸應(yīng)力而經(jīng)受(負(fù))應(yīng)變。具有〈L的長(zhǎng)度L’的這種壓縮彈性體元件優(yōu)選地具有至少10MPa、15MPa、20MPa、25MPa、30MPa或更大的彈性模數(shù)。這些元件可以用于針對(duì)組件的極端延展實(shí)現(xiàn)高反作用力。
[0058] 申請(qǐng)人:已認(rèn)識(shí)到，可以通過將具有〈L的長(zhǎng)度L’的一個(gè)或多個(gè)壓縮彈性體元件結(jié)合到系泊組件中實(shí)現(xiàn)上述關(guān)于材料和成本節(jié)省的有益效果。壓縮元件可以具有比拉伸元件更高的強(qiáng)度并且可以因此能夠使用更少量的材料(例如)針對(duì)極端潮汐漂移或波浪貢獻(xiàn)更大回復(fù)力?？赡苡幸娴氖窃谙挡唇M件中組合拉伸和壓縮元件，因?yàn)檫@可以有利于用最小數(shù)量的不同元件修整組件的復(fù)合應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)。雖然拉伸元件可以提供200%、250%或更多的延長(zhǎng)，并且允許用高延長(zhǎng)率(例如lOm/s或更大)快速響應(yīng)改變的海洋狀況，但壓縮元件可以在其中拉伸元件可能已達(dá)到其拉伸有限的高應(yīng)變下針對(duì)極端位移另外提供大反作用力。因此，雖然拉伸元件可以在較低的力下實(shí)現(xiàn)系泊組件的主要擴(kuò)展，但壓縮元件可以在大延展下實(shí)現(xiàn)最高的力。無(wú)論使用何種材料，均可以實(shí)現(xiàn)所得的復(fù)合應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)。
[0059]該壓縮元件可以具有任何適當(dāng)形式，例如為壓縮彈簧。然而，為了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和易于制造，壓縮元件優(yōu)選地包含由彈性體材料形成的圓柱形折皺或波紋元件。在一組優(yōu)選實(shí)施方案中，〈L的長(zhǎng)度L’的彈性體元件因此采用包含由彈性體材料形成的圓柱形折皺或波紋元件的壓縮元件的形式。
[0060]壓縮元件可以是固體圓柱；然而，圓柱形元件優(yōu)選地采用中空?qǐng)A筒或管的形式，在其側(cè)壁中具有折皺或波紋，以便延展其運(yùn)動(dòng)范圍。這種中空結(jié)構(gòu)允許在顯著變形長(zhǎng)度上來自高拉伸強(qiáng)度材料的修整應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)，使得組件能夠響應(yīng)相對(duì)于其長(zhǎng)度的波浪高度大變化。圓柱形元件可以在軸向壓縮下(即壓縮力沿其縱軸作用)作用以提供非線性響應(yīng)。折皺/波紋和彈性體材料本身可以安一種方式軸向壓縮，使得當(dāng)壓縮程度增加時(shí)，壓縮阻尼構(gòu)件所要求的力更急劇增加。這種壓縮元件因此特別適合于針對(duì)系泊組件的復(fù)合非線性應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)中的大位移提供強(qiáng)反作用力。
[0061]壓縮元件的波紋結(jié)構(gòu)和其由彈性體材料制成的事實(shí)可以允許系泊反作用力相對(duì)于作用力和作用力的變化速率非線性地增加。對(duì)于正常波浪，系泊反作用力可能極低，被系泊物體響應(yīng)于波浪的運(yùn)動(dòng)可能基本上不受系泊組件中壓縮元件的影響。然而，當(dāng)作用力(或作用力的變化速率)超過閾值時(shí)，例如，在極端波浪的情況下，系泊反作用力可能更高，從而防止系泊物體的極端運(yùn)動(dòng)超過其正常運(yùn)動(dòng)包絡(luò)。壓縮元件可以從而防止系泊組件在極端條件下斷裂。
[0062]應(yīng)了解，將包含由彈性體材料形成的圓柱形折皺或波紋元件結(jié)合到系泊組件中可能有利地允許組件響應(yīng)極端條件，無(wú)論是否提供由彈性體材料形成的其它元件。因此認(rèn)為該特征其本身是新穎和發(fā)明性的，因此根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種包含至少一個(gè)拉伸元件和至少一個(gè)壓縮元件的系泊組件，所述拉伸和壓縮元件被設(shè)置成響應(yīng)于拉伸應(yīng)力經(jīng)受應(yīng)變。優(yōu)選地，至少一個(gè)拉伸元件和至少一個(gè)壓縮元件平行設(shè)置。另外或替代地，優(yōu)選的是至少一個(gè)拉伸元件和/或至少一個(gè)壓縮元件由彈性體材料形成。
[0063]應(yīng)理解，根據(jù)本發(fā)明的這一方面的系泊組件代表與標(biāo)準(zhǔn)系泊組件的結(jié)構(gòu)的顯著偏差，其僅包含響應(yīng)于施加的拉伸應(yīng)力而伸展的拉伸元件。據(jù) 申請(qǐng)人:所知，先前尚未提出在系泊組件中將拉伸和壓縮元件優(yōu)選平行地組合在一起，并且兩種元件響應(yīng)拉伸應(yīng)力，即對(duì)組件的延長(zhǎng)作出反應(yīng)。當(dāng)然，元件之一(例如壓縮元件)可以設(shè)置成僅在某應(yīng)變閾值以上作用，如上文所述。貢獻(xiàn)組件的復(fù)合拉伸應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)的拉伸和壓縮元件的優(yōu)點(diǎn)在于,該響應(yīng)可以對(duì)系泊位置處的海洋條件進(jìn)行更好修整。雖然拉伸元件可以在較低應(yīng)變下實(shí)現(xiàn)組件的主要擴(kuò)展，但壓縮元件可以在更高應(yīng)變下實(shí)現(xiàn)強(qiáng)反作用力(或反之亦然)。
[0064]優(yōu)選地，壓縮元件包含由彈性體材料形成的圓柱形折皺或波紋元件。如上文所討論，已發(fā)現(xiàn)這種元件能夠提供極高的彈性模數(shù)，并同時(shí)最小化所要求的彈性體材料量。
[0065]一個(gè)或多個(gè)拉伸元件可以由任何合適彈性材料形成，包括合成和/或金屬纖維。可以使用彈性彈簧。然而，在至少一組優(yōu)選實(shí)施方案中，至少一個(gè)拉伸元件包含彈性體材料，以便提供具有例如200%或更多的大延展度的組件?？梢蕴峁┌瑥椥泽w材料的數(shù)個(gè)不同拉伸元件。因此，上文所述優(yōu)選特征中的任一項(xiàng)可以單獨(dú)或組合地(除非相互排斥)結(jié)合在本發(fā)明的第二方面中。因此，根據(jù)一組優(yōu)選實(shí)施方案，該組件可以包含至少一個(gè)壓縮元件，所述壓縮元件包含與由彈性體材料形成的一個(gè)或多個(gè)拉伸元件平行設(shè)置的由彈性體材料形成的圓柱形折皺或波紋元件。壓縮元件可以具有小于組件的拉延長(zhǎng)度L的長(zhǎng)度L’。已發(fā)現(xiàn)這種組合為減小的材料體積提供高度可修整的復(fù)合非線性應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)的有益效果。
[0066]因此，根據(jù)本發(fā)明的其它方面，提供一種系泊組件,其包含由彈性體材料形成并且平行設(shè)置以便響應(yīng)拉伸應(yīng)力的數(shù)個(gè)不同的可變形元件，其中彈性體元件中的至少一個(gè)為具有對(duì)應(yīng)于組件的未伸展長(zhǎng)度L的長(zhǎng)度L的拉伸元件并且彈性體元件的至少另一個(gè)為具有〈L的長(zhǎng)度L’的壓縮元件。優(yōu)選地，壓縮元件包含由彈性體材料形成的圓柱形折皺或波紋元件。也可單獨(dú)或組合地將上文所述的優(yōu)選特征中任一項(xiàng)應(yīng)用于本發(fā)明的該其他方面。
[0067]通過將優(yōu)選更低強(qiáng)度、更高延長(zhǎng)的拉伸彈性體元件與優(yōu)選更高強(qiáng)度的壓縮彈性體元件組合，可以實(shí)現(xiàn)提供高延展性(通常>100%)并同時(shí)還承受若干MN力的復(fù)合非線性應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)。已發(fā)現(xiàn)，例如相比于單獨(dú)包含拉伸彈性體元件的系泊組件，這種混合式拉伸/壓縮系泊組件實(shí)現(xiàn)高度可定制的復(fù)合應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)，并同時(shí)還極限所用彈性體材料的材料體積/重量。
[0068]現(xiàn)在將描述壓縮圓柱形彈性體元件的某些優(yōu)選特征，所述特征適用于上述本發(fā)明的方面中的每一個(gè)。
[0069]如本文所用的術(shù)語(yǔ)"圓柱"和"圓柱形"不僅包括當(dāng)在軸向上沿元件移動(dòng)時(shí)恒定平均橫截面周長(zhǎng)的元件，還包括當(dāng)在軸向上沿元件移動(dòng)時(shí)橫截面周長(zhǎng)變化的圓柱，例如錐形圓柱和截錐體。在一組實(shí)施方案中，壓縮元件呈在側(cè)壁中具有環(huán)向波紋的截?cái)嘀锌斟F形的形式(即，當(dāng)沿元件軸向移動(dòng)時(shí)波紋的平均橫截面周長(zhǎng)增加)?；蛘?，壓縮元件可以呈在側(cè)壁中具有環(huán)向波紋的中空管的形式(即，當(dāng)沿元件軸向移動(dòng)時(shí)波紋的平均橫截面周長(zhǎng)基本上不增加)。該術(shù)語(yǔ)還包括具有非圓形橫截面的形狀，例如橢圓橫截面或多邊形橫截面(例如正方形、矩形、六邊形、八邊形等等)。還包括非中空?qǐng)A柱。
[0070]波紋圓柱形元件的載荷響應(yīng)可以通過折皺的設(shè)計(jì)(回轉(zhuǎn)直徑)來控制。通過藉由改變鋒部的直徑/半徑和谷部的直徑/半徑來改變峰部直徑與谷部直徑的比率，通過改變波紋/回轉(zhuǎn)的數(shù)量，通過改變節(jié)距，或通過改變波紋的最小外直徑處的圓角半徑和波紋的最大外直徑處的圓角半徑，有可能改變圓柱形元件的響應(yīng)。也有可能通過改變壁厚度來改變中空?qǐng)A柱形元件的響應(yīng)。圓柱形元件可以包含都沿其長(zhǎng)度的環(huán)向折皺、波紋或回轉(zhuǎn)或可以包含由平滑區(qū)域中斷的折皺、波紋或回轉(zhuǎn)。
[0071]在一組實(shí)施方案中，系泊組件包含由彈性體材料形成的至少一個(gè)圓柱形折皺或波紋元件，所述元件具有選自以下一個(gè)的〈L的長(zhǎng)度L’: (i)<0.5m；(ii)0.5-lm ； (iii) l-2m ；(iv)2-3m ; (v)3-4m ; (vi)4-5m ;或(vii) >5m0由彈性體材料形成的至少一個(gè)圓柱形折皺或波紋元件的直徑優(yōu)選地選自以下一個(gè):(i)〈0.1m ；(ii)0.1-0.2m； (iii)0.2-0.4m；
(iv)0.4-0.6m ； (v) 0.6-0.8m ； (vi) 0.8-1.0m ； (vii) 1.0-1.2m ； (viii) 1.2-1.4m ；(ix) 1.4-1.6m ； (x) 1.6-1.8m ； (xi) 1.8-2.0m ;或(xii) >2.0。優(yōu)選地,至少一個(gè)圓柱形折皺或波紋元件與一個(gè)或多個(gè)其它彈性體元件、優(yōu)選拉伸彈性體元件平行連接。拉伸彈性體元件可以具有至多為拉延長(zhǎng)度L的不同長(zhǎng)度的范圍，例如長(zhǎng)度2-20m范圍內(nèi)。拉伸彈性體元件可以具有不同厚度的范圍，但它們優(yōu)選地比至少一個(gè)圓柱形折皺或波紋元件更薄，例如厚度在0.1-1.0m范圍內(nèi)。復(fù)合響應(yīng)因此可以修整為不同拉伸和壓縮彈性體元件中的每一個(gè)的響應(yīng)的組合。應(yīng)了解，通過將包含圓柱形折皺或波紋元件的至少一個(gè)彈性體壓縮元件與一個(gè)或多個(gè)彈性體拉伸元件組合，可以制得基本上比現(xiàn)有產(chǎn)品更短的系泊組件。
[0072]可能重要的是選擇用于折皺圓柱形元件的彈性體材料。雖然彈性體材料可以為熱塑性或熱固性，但彈性體材料優(yōu)選地為熱塑性的，以便有利于制造和減少生產(chǎn)成本。熱塑性材料可以為熱塑性聚氨基甲酸酯(TTO)，熱塑性硫化橡膠(TPV)(即，由連續(xù)熱塑性相與分散于其中中的硫化彈性體的相組成)，熱塑性聚烯烴彈性體(TPO)，苯乙烯熱塑性彈性體(TPS)，熱塑性聚酰胺嵌段共聚物(TPA)，或共聚物如共聚醚酯或共聚多酯。TPV將交聯(lián)橡膠的許多合意的特性與熱塑性彈性體的某些特性如可加工性組合。
[0073]還可用于折皺圓柱形元件的是熱固性和彈性體材料，比如交聯(lián)橡膠如天然橡膠，苯乙烯丁二烯橡膠，聚氯丁烯CR, EPDM(乙烯丙烯二烯單體),HNBR(氫化丁腈橡膠),NBR ( 丁腈橡膠)，ACM, AEM, EVA, CM, CSM, CO。
[0074]用于折皺圓柱形元件的優(yōu)選彈性體材料為Hytrel ?,可得自Ε.1.du Pont deNemours and Company, Wilmington, Delaware.Hytrel ? 為熱塑性共聚醚酯彈性體，其將橡膠的柔韌性、塑料的強(qiáng)度和熱塑性物的可加工性組合。其具有杰出的環(huán)境穩(wěn)定性，包括耐化學(xué)性，海水相容性和在寬溫度范圍內(nèi)的耐老化和壓縮變定性。其還是比橡膠更容易和更有性價(jià)比的方法，并且不像橡膠和熱固彈性體，其還可再循環(huán)。其可以通過各種熱塑性加工技術(shù)輕易地形成到壓縮元件中，包括注射模塑、擠出、吹塑成型、旋轉(zhuǎn)模制和熔融澆鑄。特別地，折皺擠出可以允許容易和高性價(jià)比地制造具有回轉(zhuǎn)的中空管。加工溫度在177和260°C之間。
[0075]根據(jù)一組實(shí)施方案，折皺圓柱形元件由聚合物或聚合物混合物制成，所述聚合物或聚合物混合物包含:共聚多酯熱塑性彈性體(TPC)，例如共聚醚酯或共聚多酯，其為具有通過酯鍵頭尾接合的多個(gè)重復(fù)長(zhǎng)鏈酯單元和短鏈酯單元的共聚物，所述長(zhǎng)鏈酯單元由式(A)代表:
[0076]
【權(quán)利要求】
1.一種系泊組件，其包含至少一個(gè)拉伸元件和至少一個(gè)壓縮元件，所述拉伸和壓縮元件都被設(shè)置成響應(yīng)于拉伸應(yīng)力經(jīng)受應(yīng)變，其中所述至少一個(gè)拉伸元件和/或所述至少一個(gè)壓縮元件是由彈性體材料形成。
2.如權(quán)利要求1所述的系泊組件，其中所述至少一個(gè)拉伸元件和至少一個(gè)壓縮元件被設(shè)置成響應(yīng)平行的拉伸應(yīng)力。
3.如權(quán)利要求1或2所述的系泊組件，其中所述組件的應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)是由所述數(shù)個(gè)不同彈性體元件中的每一者的響應(yīng)的組合產(chǎn)生的復(fù)合彈性響應(yīng)。
4.如任一前述權(quán)利要求所述的系泊組件，其包含設(shè)置成向所施加拉伸應(yīng)力提供拉伸響應(yīng)的至少一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)、五個(gè)、六個(gè)或更多個(gè)彈性體元件。
5.如任一前述權(quán)利要求所述的系泊組件，其包含設(shè)置成向所施加拉伸應(yīng)力提供壓縮響應(yīng)的至少一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)或更多個(gè)彈性體元件。
6.如任一前述權(quán)利要求所述的系泊組件，其中至少一個(gè)拉伸元件由能夠延長(zhǎng)至少75%、100%、150%、200%、250%、或高于250%的彈性體材料形成。
7.如任一前述權(quán)利要求所述的系泊組件，其中所述組件具有選自以下的拉延長(zhǎng)度L:(i)5-10m ； (ii) 10_15m ； (iii) 15_20m ； (iv) 20_25m ;或(v) 25_30m。
8.如任一前述權(quán)利要求所述的系泊組件，其包含具有等于所述組件的拉延長(zhǎng)度的長(zhǎng)度L的至少一個(gè)拉伸元件和具有〈L的長(zhǎng)度L'的至少一個(gè)壓縮元件。
9.如權(quán)利要求8所述的系泊組件，其中所述至少一個(gè)拉伸元件具有選自以下一個(gè)的長(zhǎng)度 L: (i) 4_6m ; (ii) 6_8m ; (iii) 8_10m ; (iv) 10_12m ; (V) 12_14m ; (vi) 14_16m ;(vii) 16_18m ； (viii) 18_20m ;或(ix) >20m。
10.如權(quán)利要求8或9所述的系泊組件，其中所述至少一個(gè)壓縮元件具有選自以下一個(gè)的 <L 的長(zhǎng)度 V: (i) 1-2m ； (ii) 2-4m ； (iii) 4_6m ； (iv) 6_8m ； (v) 8_10m ； (vi) 10_12m ;或(vii)12-14m。
11.如任一前述權(quán)利要求所述的系泊組件，其中所述至少一個(gè)壓縮元件包含彈性模數(shù)比一個(gè)或多個(gè)拉伸元件更高的彈性體材料。
12.如任一前述權(quán)利要求所述的系泊組件，其中所述至少一個(gè)壓縮元件包含彈性模數(shù)為至少lMPa、2MPa、3MPa、4MPa、5MPa、6MPa或更大的彈性體材料。
13.如任一前述權(quán)利要求所述的系泊組件，其中所述至少一個(gè)壓縮元件在所述組件中操作性連接，以便僅當(dāng)所述組件的延展為至少50%、100%、150%、200%、250%、300%、或超過300%時(shí)經(jīng)受應(yīng)變。
14.如任一前述權(quán)利要求所述的系泊組件，其中所述組件對(duì)以下一個(gè)或多個(gè)范圍內(nèi)的延長(zhǎng)提供一般恒定的回復(fù)力:⑴ 20-30% ; (ii) 30-40% ； (iii)40-50% ； (iv) 50-60% ；(v)60-70%；(vi)70-80% ； (vii)80-90% ； (viii)90-100% ； (ix)100-110% ； (x)110-120% ；(xi)120-130% ； (xii) 130-140% ； (xiii) 140-150% ； (xiv) 150-160% ； (xv) 160-170% ；(xvi)170-180% ；(xvii) 180-190% ;和(xviii) 190-200%。
15.如任一前述權(quán)利要求所述的系泊組件，其中所述組件提供復(fù)合可逆非線性應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)，所述響應(yīng)包含對(duì)于高于100%、120%、140%、160%、180%、200%、220%、240%、或250%的延長(zhǎng)的回復(fù)力增加。
16.如任一前述權(quán)利要求所述的系泊組件，其中所述至少一個(gè)拉伸元件包含數(shù)個(gè)不同的可變形彈性體元件，所述元件具有不同長(zhǎng)度和/或厚度和/或由不同彈性體材料形成。
17.如任一前述權(quán)利要求所述的系泊組件，其中所述至少一個(gè)壓縮元件具有至少10MPa、15MPa、20MPa、25MPa、30MPa 或更大的彈性模數(shù)。
18.如任一前述權(quán)利要求所述的系泊組件，其中所述至少一個(gè)壓縮元件與一個(gè)或多個(gè)拉伸元件平行連接。
19.如任一前述權(quán)利要求所述的系泊組件，其中所述至少一個(gè)壓縮元件包含由彈性體材料形成的圓柱形折皺或波紋元件。
20.如權(quán)利要求19所述的系泊組件，其中所述至少一個(gè)壓縮元件為側(cè)壁中具有環(huán)向波紋的中空管形式。
21.如權(quán)利要求19或20所述的系泊組件，其中所述圓柱形折皺或波紋元件具有選自以下一個(gè)的長(zhǎng)度 L ': (i) <0.5m ； (ii) 0.5_lm ； (iii) 1-2m ； (iv) 2-3m ； (v) 3_4m ； (vi) 4-5m ;或(vii)>5m。
22.如權(quán)利要求19、20或21所述的系泊組件，其中所述圓柱形折皺或波紋元件具有選自以下一個(gè)的直徑:(i)〈0.lm; (ii)0.1-0.2m ; (iii) 0.2-0.4m ；(iv)0.4-0.6m ；(v)0.6-0.8m ； (vi) 0.8-1.0m ； (vii) 1.0-1.2m ； (viii) 1.2-1.4m ； (ix) 1.4-1.6m ；(X) 1.6-1.8m ； (xi) 1.8-2.0m ;或(xii) >2.0m。
23.如權(quán)利要求19至22中任一項(xiàng)所述的系泊組件，其中所述至少一個(gè)壓縮元件由熱塑性彈性體材料形成。
24.如權(quán)利要求23所述的系泊組件，其中所述熱塑性材料為熱塑性聚氨基甲酸酯(!PU)、熱塑性硫化橡膠(TPV)、熱塑性聚烯烴彈性體(TPO)、苯乙烯熱塑性彈性體(TPS)、或熱塑性聚酰胺嵌段共聚物(TPA)中的一種。
25.如權(quán)利要求23所述的系泊組件，其中所述熱塑性材料為熱塑性共聚醚酯彈性體。
26.如任一前述權(quán)利要求所述的系泊組件，其中在所述組件的端部提供附接構(gòu)件，所述附接構(gòu)件通過所述元件中的一個(gè)或多個(gè)整體地提供。
27.如權(quán)利要求26所述的系泊組件，其中一個(gè)或多個(gè)拉伸元件包括整體地形成的端部連接器。
28.—種系繩，其包含至少一個(gè)拉伸彈性體元件和至少一個(gè)壓縮彈性體元件，所述拉伸和壓縮彈性體元件均設(shè)置成響應(yīng)于拉伸應(yīng)力而經(jīng)受應(yīng)變。
29.一種系泊組件，其包含數(shù)個(gè)不同的可變形元件，所述元件由彈性體材料形成并且被設(shè)置以便響應(yīng)平行的拉伸應(yīng)力，其中所述彈性體元件中的至少一個(gè)為具有對(duì)應(yīng)于所述組件的未伸展長(zhǎng)度L的長(zhǎng)度L的拉伸元件，并且所述彈性體元件中的至少另一個(gè)為具有〈L的長(zhǎng)度L'的壓縮元件。
30.如權(quán)利要求29所述的系泊組件，其中所述組件的應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)是由所述數(shù)個(gè)不同彈性體元件中的每一者的響應(yīng)的組合產(chǎn)生的復(fù)合彈性響應(yīng)。
31.如權(quán)利要求29或30所述的系泊組件，其包含設(shè)置成向所施加拉伸應(yīng)力提供拉伸響應(yīng)的至少一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)、五個(gè)、六個(gè)或更多個(gè)彈性體元件。
32.如權(quán)利要求29、30或31所述的系泊組件，其包含設(shè)置成向所施加拉伸應(yīng)力提供壓縮響應(yīng)的至少一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)或更多個(gè)彈性體元件。
33.如權(quán)利要求29-32中任一項(xiàng)所述的系泊組件，其中至少一個(gè)拉伸元件由能夠延長(zhǎng)至少75%、100%、150%、200%、250%、或高于250%的彈性體材料形成。
34.如權(quán)利要求29-33中任一項(xiàng)所述的系泊組件，其中所述至少一個(gè)拉伸元件具有選自以下一個(gè)的長(zhǎng)度 L: (i) 4_6m; (ii) 6_8m ； (iii) 8_10m ； (iv) 10_12m ； (v) 12_14m ；(vi) 14_16m ； (vii) 16_18m ； (viii) 18_20m ;或(ix) >20m。
35.如權(quán)利要求29-34中任一項(xiàng)所述的系泊組件，其中所述至少一個(gè)壓縮元件具有選自以下一個(gè)的〈L 的長(zhǎng)度 L ': (i) 1-2m ； (ii) 2-4m ； (iii) 4_6m ； (iv) 6_8m ； (v) 8_10m ；(vi) 10_12m ;或(vii) 12_14m。
36.如權(quán)利要求29-35中任一項(xiàng)所述的系泊組件，其中所述至少一個(gè)壓縮元件包含彈性模數(shù)比所述拉伸元件中的一個(gè)或多個(gè)更高的彈性體材料。
37.如權(quán)利要求29-36中任一項(xiàng)所述的系泊組件，其中所述至少一個(gè)壓縮元件包含彈性模數(shù)為至少lMPa、2MPa、3MPa、4MPa、5MPa、6MPa或更大的彈性體材料。
38.如權(quán)利要求29-37中任一項(xiàng)所述的系泊組件，其中所述至少一個(gè)壓縮元件在所述組件中操作性連接，以便僅當(dāng)所述組件的延展為至少50%、100%、150%、200%、250%、300%、或超過300%時(shí)經(jīng)受應(yīng)變。
39.如權(quán)利要求29-38中任一項(xiàng)所述的系泊組件，其中所述組件對(duì)以下一個(gè)或多個(gè)范圍內(nèi)的延長(zhǎng)提供一般恒定的回復(fù)力:所述未伸展長(zhǎng)度L的(i) 20-30% ;(ii) 30-40%;(iii)40-50% ； (iv)50-60% ； (v)60-70% ； (vi) 70-80% ； (vii)80-90% ； (viii)90-100%；(ix)100-110%；(X)110-120% ； (xi) 120-130% ； (xii) 130-140% ； (xiii) 140-150% ；(xiv) 150-160% ； (xv) 160-170% ； (xvi) 170-180% ； (xvii) 180-190% ;和(xviii) 190-200%。
40.如權(quán)利要求29-39中任一項(xiàng)所述的系泊組件，其中所述組件提供復(fù)合可逆非線性應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)，所述響應(yīng)包含對(duì)于高于所述未伸展長(zhǎng)度L的100%、120%、140%、160%、180%、200%、220%、240%、或250%的延長(zhǎng)的回復(fù)力增加。
41.如權(quán)利要求29-40中任一項(xiàng)所述的系泊組件，其中所述至少一個(gè)拉伸元件包含數(shù)個(gè)不同的可變形彈性體元件，所述元件具有不同長(zhǎng)度和/或厚度和/或由不同彈性體材料形成。
42.如權(quán)利要求29-41中任一項(xiàng)所述的系泊組件，其中所述至少一個(gè)壓縮元件具有至少 10MPa、15MPa、20MPa、25MPa、30MPa 或更大的彈性模數(shù)。
43.如權(quán)利要求29-42中任一項(xiàng)所述的系泊組件，其中所述至少一個(gè)壓縮元件包含由彈性體材料形成的圓柱形折皺或波紋元件。
44.如權(quán)利要求43所述的系泊組件，其中所述至少一個(gè)壓縮元件為側(cè)壁中具有環(huán)向波紋的中空管形式。
45.如權(quán)利要求43或44所述的系泊組件，其中所述圓柱形折皺或波紋元件具有選自以下一個(gè)的〈L 的長(zhǎng)度 L ': (i) <0.5m ； (ii) 0.5_lm ； (iii) 1-2m ； (iv) 2_3m ； (v) 3-4m ；(vi)4_5m ；or(vii)>5m。
46.如權(quán)利要求43、44或45所述的系泊組件，其中所述圓柱形折皺或波紋元件具有選自以下一個(gè)的直徑:(i)〈0.1m ；(ii)0.1-0.2m ; (iii)0.2-0.4m ；(iv)0.4-0.6m ；(v)0.6-0.8m ； (vi) 0.8-1.0m ； (vii) 1.0-1.2m ； (viii) 1.2-1.4m ； (ix) 1.4-1.6m ；(X) 1.6-1.8m ； (xi) 1.8-2.0m ;或(xii) >2.0m。
47.如權(quán)利要求29-46中 任一項(xiàng)所述的系泊組件，其中所述至少一個(gè)壓縮元件由熱塑性彈性體材料形成。
48.如權(quán)利要求47所述的系泊組件，其中所述熱塑性材料為熱塑性聚氨基甲酸酯(!PU)、熱塑性硫化橡膠(TPV)、熱塑性聚烯烴彈性體(TPO)、苯乙烯熱塑性彈性體(TPS)、或熱塑性聚酰胺嵌段共聚物(TPA)中的一種。
49.如權(quán)利要求47所述的系泊組件，其中所述熱塑性材料為熱塑性共聚醚酯彈性體。
50.如權(quán)利要求29-49中任一項(xiàng)所述的系泊組件，其中在所述組件的端部提供附接構(gòu)件，所述附接構(gòu)件通過所述可變形元件中的一個(gè)或多個(gè)整體地提供。
51.如權(quán)利要求50所述的系泊組件，其中長(zhǎng)度L的一個(gè)或多個(gè)拉伸彈性體元件包括整體地形成的端部連接器。
52.一種系泊組件，其包含由彈性體材料形成的數(shù)個(gè)不同的可變形元件，其中所述組件具有拉延長(zhǎng)度L并且所述元件中的至少一個(gè)具有〈L的長(zhǎng)度L'。
53.如權(quán)利要求52所述的系泊組件，其中所述組件的應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)是由所述數(shù)個(gè)不同彈性體元件中的每一者的響應(yīng)的組合產(chǎn)生的復(fù)合彈性響應(yīng)。
54.如權(quán)利要求52或53所述的系泊組件，其中所述彈性體元件至少在所述系泊組件的所述端部處連接在一起。
55.如權(quán)利要求52、53或54所述的系泊組件，其中長(zhǎng)度L'的所述彈性體元件和長(zhǎng)度L的一個(gè)或多個(gè)彈性體元件在所述組件中平行連接。
56.如權(quán)利要求55所述的系泊組件，其中所述數(shù)個(gè)不同彈性體元件以基本上非接觸平行排列并排地延展。
57.如權(quán)利要求55所述的系泊組件，其中所述數(shù)個(gè)不同彈性體元件以平行排列布置、束縛、纏繞、包裹和/或編織在一起。
58.如權(quán)利要求52-57中任一項(xiàng)所述的系泊組件，其中所述不同可變形元件中的每一個(gè)均設(shè)置成向所施加應(yīng)變提供拉伸或壓縮響應(yīng)。
59.如權(quán)利要求52-58中任一項(xiàng)所述的系泊組件，其包含設(shè)置成向所施加拉伸應(yīng)力提供拉伸響應(yīng)的至少一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)、五個(gè)、六個(gè)或更多個(gè)彈性體元件。
60.如權(quán)利要求52-59中任一項(xiàng)所述的系泊組件，其包含設(shè)置成向所施加拉伸應(yīng)力提供壓縮響應(yīng)的至少一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)或更多個(gè)彈性體元件。
61.如權(quán)利要求52-60中任一項(xiàng)所述的系泊組件，其中所述元件中的至少一些由能夠延長(zhǎng)至少75%、100%、150%、200%、250%、或高于250%的彈性體材料形成。
62.如權(quán)利要求52-61中任一項(xiàng)所述的系泊組件，其中所述組件具有選自以下的拉延長(zhǎng)度 L: (i) 5-10m ； (ii) 10_15m ; (iii) 15_20m ； (iv) 20_25m ;或(v) 25_30m。
63.如權(quán)利要求52-62中任一項(xiàng)所述的系泊組件，其包含具有等于所述組件的拉延長(zhǎng)度的長(zhǎng)度L的至少一個(gè)拉伸彈性體元件，和為拉伸元件或壓縮元件的具有〈L的長(zhǎng)度的至少一個(gè)彈性體元件。
64.如權(quán)利要求52-63中任一項(xiàng)所述的系泊組件，其中每個(gè)彈性體元件在所述系泊組件中連接以使得當(dāng)所述組件從其初始拉延長(zhǎng)度L達(dá)到某個(gè)相應(yīng)延展時(shí)其提供拉伸或壓縮彈性響應(yīng)。
65.如權(quán)利要求52-64中任一項(xiàng)所述的系泊組件，其中所述組件提供復(fù)合可逆非線性應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)，所述響應(yīng)包含回復(fù)力的初始增加直到延長(zhǎng)所述拉延長(zhǎng)度L的10-20%。
66.如權(quán)利要求52-65中任一項(xiàng)所述的系泊組件,其中所述組件對(duì)以下一個(gè)或多個(gè)范圍內(nèi)的延長(zhǎng)提供一般恒定的回復(fù)力:所述拉延長(zhǎng)度L的(i) 20-30% ;(ii) 30-40%;(iii)40-50%； (iv)50-60% ； (v)60-70% ； (vi)70-80% ； (vii)80-90% ； (viii)90-100%；(ix)100-110%；(X)110-120% ； (xi) 120-130% ； (xii) 130-140% ； (xiii) 140-150% ；(xiv) 150-160% ； (xv) 160-170% ； (xvi) 170-180% ； (xvii) 180-190% ;和(xviii) 190-200%。
67.如權(quán)利要求52-66中任一項(xiàng)所述的系泊組件，其中所述組件提供復(fù)合可逆非線性應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)，所述響應(yīng)包含對(duì)于高于所述拉延長(zhǎng)度L的100%、120%、140%、160%、180%、200%、220%、240%、或250%的延長(zhǎng)的回復(fù)力增加。
68.如權(quán)利要求52-67中任一項(xiàng)所述的系泊組件，其中通過非彈性體的一個(gè)或多個(gè)額外拉伸元件將具有長(zhǎng)度L'的所述元件在所述組件中操作性連接。
69.如權(quán)利要求68所述的系泊組件，其中具有長(zhǎng)度的每個(gè)彈性體元件與所述額外拉伸元件中的一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)連接。
70.如權(quán)利要求52-69中任一項(xiàng)所述的系泊組件，其中具有〈L的長(zhǎng)度U的所述一個(gè)或多個(gè)彈性體元件在所述組件中操作性連接，以便僅當(dāng)所述組件的延展為至少50%、100%、150%、200%、250%、300%、或超過 300% 時(shí)經(jīng)受應(yīng)變。
71.如權(quán)利要求52-70中任一項(xiàng)所述的系泊組件，其中所述數(shù)個(gè)不同的可變形彈性體元件具有不同長(zhǎng)度和/或厚度和/或由不同彈性體材料形成。
72.如權(quán)利要求52-71中 任一項(xiàng)所述的系泊組件，其中至少一個(gè)彈性體元件具有選自以下一個(gè)的長(zhǎng)度 L: (i)4_6m ； (ii)6_8m ； (iii) 8-10m ； (iv) 10_12m ； (v) 12_14m ；(vi)14_16m ； (vii) 16_18m ； (viii) 18_20m ;或(ix) >20m。
73.如權(quán)利要求52-72中任一項(xiàng)所述的系泊組件，其中至少一個(gè)元件具有選自以下一個(gè)的 <L 的長(zhǎng)度 V: (i) 1-2m ； (ii) 2-4m ； (iii) 4_6m ； (iv) 6_8m ； (v) 8_10m ； (vi) 10_12m ;或(vii)12-14m。
74.如權(quán)利要求52-73中任一項(xiàng)所述的系泊組件，其中具有〈L的長(zhǎng)度U的至少一個(gè)元件的橫截面積或厚度與一個(gè)或多個(gè)其它彈性體元件不同。
75.如權(quán)利要求52-74中任一項(xiàng)所述的系泊組件，其中所述不同的彈性體元件的厚度或直徑優(yōu)選選自以下一個(gè)或多個(gè)范圍:α)0.05-0.1m ；(ii)0.l-0.2m；(iii)0.2-0.3m；(iv)0.3-0.4m ； (v)0.4-0.5m ； (vi) 0.5-0.6m ； (vii)0.6-0.7m ； (viii) 0.7-0.8m ；(ix)0.8-0.9m ;和(x)0.9-1.0m。
76.如權(quán)利要求52-75中任一項(xiàng)所述的系泊組件，其中具有〈L的長(zhǎng)度Li的所述一個(gè)或多個(gè)可變形元件包含包含彈性模數(shù)比一個(gè)或多個(gè)其它彈性體元件更高的彈性體材料。
77.如權(quán)利要求52-76中任一項(xiàng)所述的系泊組件，其中具有〈L的長(zhǎng)度Li的所述一個(gè)或多個(gè)可變形元件包含彈性模數(shù)為至少lMPa、2MPa、3MPa、4MPa、5MPa、6MPa或更大的彈性體材料。
78.如權(quán)利要求52-77中任一項(xiàng)所述的系泊組件，所述數(shù)個(gè)不同彈性體元件包含具有<L的長(zhǎng)度L'的壓縮兀件。
79.如權(quán)利要求78所述的系泊組件，其中具有〈L的長(zhǎng)度L'的所述壓縮元件具有至少10MPa、15MPa、20MPa、25MPa、30MPa 或更大的彈性模數(shù)。
80.如權(quán)利要求78或79所述的系泊組件，其中具有〈L的長(zhǎng)度L'的所述壓縮元件與一個(gè)或多個(gè)拉伸彈性體元件平行連接。
81.如權(quán)利要求78-80中任一項(xiàng)所述的系泊組件，其中所述壓縮元件包含由彈性體材料形成的圓柱形折皺或波紋元件。
82.如權(quán)利要求81所述的系泊組件，其中所述壓縮元件為在所述側(cè)壁中具有環(huán)向波紋的中空管形式。
83.如權(quán)利要求81或82所述的系泊組件，其中所述圓柱形折皺或波紋元件具有選自以下一個(gè)的〈L 的長(zhǎng)度 L ': (i) <0.5m ； (ii) 0.5_lm ； (iii) 1-2m ； (iv) 2_3m ； (v) 3-4m ；(vi)4_5m;或(vii)>5m。
84.如權(quán)利要求81、82或83所述的系泊組件，其中所述圓柱形折皺或波紋元件具有選自以下一個(gè)的直徑:(i)〈0.1m ；(ii)0.1-0.2m ； (iii)0.2-0.4m ； (iv)0.4-0.6m ；(v)0.6-0.8m ； (vi) 0.8-1.0m ； (vii) 1.0-1.2m ； (viii) 1.2-1.4m ； (ix) 1.4-1.6m ；(X) 1.6-1.8m ； (xi) 1.8-2.0m ;或(xii) >2.0m。
85.如權(quán)利要求78-84中任一項(xiàng)所述的系泊組件，其中所述壓縮元件由熱塑性彈性體材料形成。
86.如權(quán)利要求85所述的系泊組件，其中所述熱塑性材料為熱塑性聚氨基甲酸酯(!PU)、熱塑性硫化橡膠(TPV)、熱塑性聚烯烴彈性體(TPO)、苯乙烯熱塑性彈性體(TPS)、或熱塑性聚酰胺嵌段共聚物(TPA)中的一種。
87.如權(quán)利要求85`所述的系泊組件，其中所述熱塑性材料為熱塑性共聚醚酯彈性體。
88.如權(quán)利要求52-87中任一項(xiàng)所述的系泊組件，其中在所述組件的端部提供附接構(gòu)件，所述附接構(gòu)件通過所述元件中的一個(gè)或多個(gè)整體地提供。
89.如權(quán)利要求88所述的系泊組件，其中長(zhǎng)度L的一個(gè)或多個(gè)拉伸彈性體元件包括整體地形成的端部連接器。
90.一種系泊系統(tǒng)，其包含根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的一個(gè)或多個(gè)系泊組件或系繩，其中所述組件在浮體和海床之間直接或間接連接。
91.一種系泊系統(tǒng)，其包含根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的一個(gè)或多個(gè)系泊組件或系繩，其中所述組件在兩個(gè)或更多個(gè)浮體之間直接或間接連接。
92.一種制造用于深海系泊系統(tǒng)的系泊組件的方法，所述方法包含以下步驟: 識(shí)別待系泊的主體和所述主體待系泊的位置； 確定在所述位置處所述主體上的預(yù)期環(huán)境載荷； 用所述組件上所述系泊力的所需變更來確定所述組件響應(yīng)預(yù)期環(huán)境載荷所要求的所述應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)；和 從由彈性體材料形成的數(shù)個(gè)不同可變形元件形成所述系泊組件，其中所述組件具有拉延長(zhǎng)度L并且所述元件中的至少一個(gè)具有〈L的長(zhǎng)度L'，以使得所述組件的所要求響應(yīng)為復(fù)合可逆非線性應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)，所述響應(yīng)為所述數(shù)個(gè)彈性體元件中的每一個(gè)的響應(yīng)的組合并且在所述組件上提供所述系泊力的所述所需變更。
93.一種制造用于深海系泊系統(tǒng)的系泊組件的方法，所述方法包含以下步驟: 識(shí)別待系泊的主體和所述主體待系泊的位置； 確定在所述位置處所述主體上的預(yù)期環(huán)境載荷； 用所述組件上所述系泊力的所需變更來確定所述組件響應(yīng)預(yù)期環(huán)境載荷所要求的所述應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)；和 由至少一個(gè)拉伸元件和至少一個(gè)壓縮元件形成所述系泊組件，所述拉伸和壓縮元件均設(shè)置成響應(yīng)于拉伸應(yīng)力而經(jīng)受應(yīng)變，以使得所述組件的所要求響應(yīng)為復(fù)合可逆非線性應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)，所述響應(yīng)為所述元件的響應(yīng)的組合并且在所述組件上提供所述系泊力的所述所需變更。
94.一種制造用于深海系泊系統(tǒng)的系泊組件的方法，所述方法包含以下步驟: 識(shí)別待系泊的主體和所述主體待系泊的位置； 確定在所述位置處所述主體上的預(yù)期環(huán)境載荷； 用所述組件上所述系泊力的所需變更來確定所述組件響應(yīng)預(yù)期環(huán)境載荷所要求的所述應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)； 和從數(shù)個(gè)不同可變形元件形成所述系泊組件，所述數(shù)個(gè)不同可變形元件由彈性體材料形成并且平行設(shè)置以便響應(yīng)拉伸應(yīng)力，其中所述彈性體元件中的至少一個(gè)為具有對(duì)應(yīng)于所述組件的未伸展長(zhǎng)度L的長(zhǎng)度L的拉伸元件，并且所述彈性體元件中的至少另一個(gè)為具有〈L的長(zhǎng)度L'的壓縮元件，以使得所述組件的所要求響應(yīng)為復(fù)合可逆非線性應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng),所述響應(yīng)為所述元件的響應(yīng)的組合并且在所述組件上提供所述系泊力的所述所需變更。`
【文檔編號(hào)】B63B21/20GK103562060SQ201280020108
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2012年3月22日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月22日
【發(fā)明者】保羅·麥克沃伊 申請(qǐng)人:技術(shù)源于思維有限公司