海洋平台的涡激振动研究及其分析方法

海洋平台的张力腿、立管以及海底管线的疲劳问题的一个主要根源就是波流引起的涡激振动.本文对海洋结构的涡激振动的研究发展、现状以及目前存在的主要问题做了论述,并重点介绍了涡激振动的理论和工程分析方法.     

海洋平台结构振动控制研究综述

海洋平台结构的振动将会影响工作人员的身心健康,导致结构疲劳和破坏,降低平台的实用性、生存性以及可操作性,给海上油气顺利开采带来一系列的威胁。本文主要对海洋平台结构振动控制的研究和应用现状做了简要的介绍,并重点介绍了被动控制、主动控制以及半主动控制技术。最后提出了海洋平台结构振动控制存在的一些问题。     

海洋平台结构系统疲劳可靠性分析方法

本文研究了海洋平台结构系统疲劳可靠性评估方法。文中对平台结构简生管节点疲劳可靠性分析模型进行了简单的评述，在该模型的基础上，建立了用S－N曲线模型与断裂力学模型分别计算平台完好管节点及有初始裂纹管节点疲劳寿命的平告结构系统疲劳可靠性分析模型。作为一个算例，文中运用作者开发的程序系统，对一固定式导管架平台进行了疲劳可靠性计算。     

海洋平台振动模糊控制研究

在过去的三十年里,模糊逻辑控制在结构振动控制中得到了广泛的研究和应用.模糊逻辑控制具有很强的鲁棒性并且能够有效地处理非线性以及被控系统和外载荷的不确定性和不精确性,本文对于海洋平台振动模糊控制进行了研究.通过模态阻尼比的不确定性显示了模糊控制的鲁棒性,研究表明海洋平台的振动模糊主动控制是有效的、可行的,并且提高了平台的适用性和生存性.本文的方法毫无疑问为今后的海洋平台振动控制提供了一条新的途径.     

基于振动测试的海洋平台结构简化模型

针对海洋平台结构复杂、节点众多、水下部位振动传感器不易布置等因素导致的实测模态信息空间不完备问题,首先引入平台各层刚体运动的假设,利用海洋平台结构三维有限元模型,按柔度方法将平台简化为x、y向平动的串联多质点模型;通过平台水面以上传感器的布置,采用GUYAN振型扩展方法来估计未测量水下部位的振型值,解决了实测模态信息不完备问题,以某海洋平台为例,对上述方法的有效性进行数值验证。数值结果表明,简化模型与有限元模型的计算结果吻合较好,且可以大大提高计算效率,节省计算时间;在水下部位无测点的情况下,GUYAN振型扩展方法可以比较精确地实现低阶模态振型扩展,具有良好的工程应用前景。     

基于颗粒阻尼技术的海洋平台桁架结构振动特性研究

针对海洋平台桁架结构长期处于强紫外线的工作环境,传统的粘弹性阻尼减振方法存在易老化等问题,提出将颗粒阻尼技术应用于海洋平台桁架结构的减振.使用NASTRAN建立桁架结构的有限元模型,基于离散元法建立颗粒阻尼器模型,分析颗粒填充率、颗粒直径和密度等参数对减振效果的影响规律,研究结果表明:带颗粒阻尼器的海洋平台桁架结构振动特性曲线与试验数据误吻合良好,能满足工程计算精度要求;颗粒阻尼能在较大频带内有效降低海洋平台桁架结构振动.仿真模型可用于指导带颗粒阻尼器桁架结构的关键参数设计与性能预测,为海洋平台桁架结构的减振提供了一种新的思路.     

大型复杂结构振动特性分析方法研究

针对大型复杂结构振动特性的预测问题,发展了子结构方法,并应用于圆柱壳模型的振动特性研究。讨论了子结构方法的理论基础,分析了子结构间边界处理协调条件、模态截取数和模型缩聚对子结构方法预测精度的影响,并初步比较了其与传统有限元法耗费的计算时间量和内存量的大小,最后,进一步探讨了子结构方法中试验模态与计算模态混合计算的可行性。研究结果表明,子结构方法应用于求解船舶等大型复杂结构的振动特性是可行的。     

海洋平台振动噪声评估与标准化研究

振动噪声会影响海洋平台工作人员的身心健康,还可能导致结构的疲劳损坏,降低平台的实用性和生存性。文章针对海洋平台设计建造过程中的振动噪声控制流程进行系统性分析,为平台振动噪声控制标准化提供依据,并对设计过程中的振动噪声评估方法进行阐述,可为平台设计中的减振降噪提供技术指导。     

海洋平台磁流变模糊半主动振动控制研究

为更有效地减小海洋平台动力响应,采用基于模糊控制算法的磁流变阻尼器对海洋平台的振动进行控制.以海洋平台位移响应误差和误差变化为输入变量、以最优控制力为输出变量,优化设计出模糊控制器,根据磁流变半主动控制算法提供接近于最优控制力的半主动控制力.数值仿真结果表明:在模糊磁流变控制中,无论是对于位移反应、速度反应还是加速度反应都可以实现非常有效的控制.     

固定式海洋平台的时域振动响应研究

近海结构的研究是海洋工程领域的重要专题。本文以Airy线性波理论和莫里森方程为基础推导平台结构的运动方程。将波浪力简化为二节点集中载荷,从动力学的角度分析结构的响应特征。以一简化的固定平台为算例,以不同的入射波为激励条件分析比较结构的位移响应、速度响应以及加速度响应。研究结果表明,随着入射波强度的增大,结构的振动变得更为剧烈,且结构的振动响应不仅与入射波的周期和波高有关,与波浪的形式也有一定的关系。     

海洋平台低频线谱振动控制方法研究

针对已建海洋平台结构低频（30Hz以下）线谱振动控制难题,基于吸振原理,开展了低频线谱振动控制方法研究。讨论了动力吸振器与振动系统主结构最优质量比、阻尼比、频率比的取值范围,以及动力吸振器最优布置数量、布置位置等。以典型海洋平台板架结构为例,建立有限元模型,验证了动力吸振系统化方法的有效性,在此基础上,针对某海洋平台振动超标问题,开展了动力吸振系统化方法的工程应用研究,旨在为海洋平台低频线谱振动控制提供方法依据。     

固定式海洋平台的时域振动响应研究

近海结构的研究是海洋工程领域的重要专题.本文以Airy线性波理论和莫里森方程为基础推导平台结构的运动方程.将波浪力简化为二节点集中载荷,从动力学的角度分析结构的响应特征.以一简化的固定平台为算例,以不同的入射波为激励条件分析比较结构的位移响应、速度响应以及加速度响应.研究结果表明,随着入射波强度的增大,结构的振动变得更为剧烈,且结构的振动响应不仅与入射波的周期和波高有关,与波浪的形式也有一定的关系.     

铝合金直升机平台结构强度分析方法研究

铝合金直升机平台因为其耐腐蚀、质量轻等优点被广泛应用于船舶与海洋工程结构物上。船级社及国际规范指南对直升机平台的结构设计提出各自的要求。结合铝合金结构物设计的方法,通过比较分析铝合金直升机平台的设计载荷、工况设计、单元构件和节点连接的设计方法和要求,总结铝合金直升机平台的强度分析方法。     

海洋固定平台模块钻机振动分析

针对海洋平台模块钻机钻井过程中发生的振动问题,以锦州25-1南油田某模块钻机为例,基于SACS结构分析程序对钻机结构振动特性进行计算分析,主要包括钻机整体结构自振特性以及主要振动设备支撑结构局部自振特性,为解决大型振动设备与结构共振问题提供分析基础及数据参考。     

海洋平台磁流变阻尼器振动控制模型试验

以一位于墨西哥湾的典型导管架式海洋平台为原型,根据动力相似准则按1:50比例设计海洋平台结构模型.在此基础上采用模糊控制原理设计以磁流变阻尼器(MR)为控制装置的半主动控制系统.在波浪水池中进行了多种工况模型试验,对平台在规则波、不规则波作用下的减振效果进行了试验研究.试验结果表明,采用模糊原理设计的磁流变阻尼器半主动控制系统能够对海洋平台结构的振动进行有效的控制,且控制效果稳定.     

海洋平台减振装置设计及振动控制仿真研究

提出一种海洋平台振动控制方案,将减振装置安装于平台相似模型上,根据平台模型结构和受到的激励不同,分别设计了控制垂直和水平振动两种结构形式.为了更有效地控制平台的振动,在不同结构参数下进行了振动控制仿真分析,得出了振动控制效果最好的参数区间.     

地震载荷作用下海洋平台振动控制仿真研究

分别以海洋平台的前三阶固有频率作为被控频率,振动控制系统的参数在最优参数区间内取值,应用ANSYS有限元分析软件,对海洋平台在三维地震载荷作用下的振动控制进行仿真研究。结果表明,地震载荷作用下,振动控制系统具有明显的减振效果,减振率都在60％以上。控制平台的第一阶固有频率可以得到很好的振动控制效果。同时控制平台的前二、三阶固有频率,振动控制效果存Y和Z方向有所提高,分别为10％和20％左右。     

海洋平台结构应力实时监测系统研究

海上环境十分复杂,恶劣的海洋环境不利于海洋平台驻定于某些海域,影响其稳定作业和运行。为保证海洋平台的安全运行,有必要对海洋平台在实际工作中结构的应力进行实时监测,以获得各种环境因素对海洋平台结构的影响。以海上风机为例,分析了结构的特点和要求,确定了应力监测系统的组成,并通过有限元分析,得出测点的具体布置位置。参照该研究过程,给出海洋平台结构应力监测系统设计的一般思路,对实际应用具有一定参考价值。     

基于人工神经网络的海洋平台振动主动控制

将经典最优控制算法与人工神经网络相结合，采用BP神经网络模型，实现了受随机波浪力作用下的海洋平台的振动主动控制。由于神经网络的鲁棒性、容错性和很好的泛化能力，仿真结果表明控制是可行、有效的，并且克服了传统算法本身的时滞问题，为海洋平台的振动控制提供了一条新的思路。     

钢筋混凝土海洋平台结构受力分析

为完善新型型钢混凝土海洋平台的设计计算理论,本文针对梁内型钢腹板是否穿过节点区的不同情况,参考陆上新型钢筋混凝土建筑的新技术、结合海洋平台的特点,采用变角软化桁架模型,利用平衡条件、协调条件及混凝土软化应力-应变关系,并考虑"扭结"影响(强度弱化)的钢筋应力-应变关系,提出了压弯剪复合受力作用下的框架梁柱节点的受力全过程计算方法.利用该方法对国内外所作的53个框架节点试件进行了受力全过程分析,计算结果与试验结果吻合程度较好,为新型海洋石油平台的研究、设计与施工提供了有益的探索.