海洋平臺阻尼減振分析與裝置研制.pdf

1、海洋平臺是開發(fā)海底油氣資源的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu),也是生產(chǎn)作業(yè)與生活基地.在渤海灣,廣泛采用的導(dǎo)管架平臺需要承受很強的海冰和地震荷載.渤海油田為邊際油田,降低導(dǎo)管架平臺造價勢在必行.結(jié)構(gòu)振動控制方法是提高設(shè)計質(zhì)量,降低造價的有效手段.因此,研究導(dǎo)管架平臺的結(jié)構(gòu)振動控制方法具有重要意義.該文主要研究了導(dǎo)管架平臺的阻尼減振方法.阻尼減振系統(tǒng)是通過在導(dǎo)管架平臺中加入粘彈性阻尼器、磁流變阻尼器及在管節(jié)點間加入耗能材料來形成的.以渤海灣的JZ20-2MUQ平

2、臺為研究對象,首先建立了平臺的有限元模型,然后研究了在冰與地震作用下的平臺減振效果.主要研究內(nèi)容如下:1.裝有粘彈性阻尼器的平臺冰致振動的被動控制研究.首先推導(dǎo)了阻尼器-平臺系統(tǒng)的運動方程,并應(yīng)用復(fù)模態(tài)分析法求解了系統(tǒng)的動力特性,特別是系統(tǒng)的模態(tài)阻尼比.然后在頻域里應(yīng)用虛擬激勵法求解了系統(tǒng)在地震荷載激勵下的隨機反應(yīng).通過參數(shù)分析評估了阻尼器的減振效果并確定了最佳阻尼器參數(shù).分析結(jié)果表明,通過合理選擇阻尼器參數(shù),可顯著地降低海洋平臺的冰致

3、響應(yīng).2.地震作用下裝有連接阻尼器的平臺被動控制研究.連接阻尼器是加入耗能材料的管節(jié)點,可理想化為由有限剛度的轉(zhuǎn)動彈簧和轉(zhuǎn)動阻尼器并聯(lián)組成.該文結(jié)合有限元和動力剛度法推導(dǎo)了其剛度、質(zhì)量、阻尼矩陣.采用復(fù)模態(tài)分析和虛擬激勵法分析了該平臺的動力特性和響應(yīng),并討論了剛度系數(shù)和軒動阻尼系數(shù)的影響.參數(shù)研究表明,適當(dāng)?shù)倪x擇轉(zhuǎn)動阻尼系數(shù)可顯著增加振型阻尼比,降低結(jié)構(gòu)地震響應(yīng).3.提出了精細瞬時最優(yōu)控制算法.瞬時最優(yōu)控制算法適用于激勵不可預(yù)知的情況,

4、例如冰和地震.瞬時最優(yōu)控制算法需通過求解復(fù)特征值問題來計算矩陣指數(shù).然而,對于大型特征值問題,精確求解幾乎是不可能的,此時得到的矩陣指數(shù)結(jié)果通常很差.為了克服這個問題,該文提出了精細瞬時最優(yōu)控制算法.實際上,精細瞬時最優(yōu)控制算法是由精細積分法與瞬時最優(yōu)控制算法結(jié)合得到.它不需求解復(fù)特征值問題,并可給出精確的矩陣指數(shù).采用精細瞬時最優(yōu)控制算法對裝有磁流變阻尼器的海洋平臺半主動控制進行了研究,結(jié)果表明了磁流變阻尼器的有效性.4.為了將振動控