海洋平臺(tái)阻尼減振分析與裝置研制.pdf

1、海洋平臺(tái)是開(kāi)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(tái)需要承受很強(qiáng)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(tái)造價(jià)勢(shì)在必行.結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制方法是提高設(shè)計(jì)質(zhì)量,降低造價(jià)的有效手段.因此,研究導(dǎo)管架平臺(tái)的結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制方法具有重要意義.該文主要研究了導(dǎo)管架平臺(tái)的阻尼減振方法.阻尼減振系統(tǒng)是通過(guò)在導(dǎo)管架平臺(tái)中加入粘彈性阻尼器、磁流變阻尼器及在管節(jié)點(diǎn)間加入耗能材料來(lái)形成的.以渤海灣的JZ20-2MUQ平

2、臺(tái)為研究對(duì)象,首先建立了平臺(tái)的有限元模型,然后研究了在冰與地震作用下的平臺(tái)減振效果.主要研究?jī)?nèi)容如下:1.裝有粘彈性阻尼器的平臺(tái)冰致振動(dòng)的被動(dòng)控制研究.首先推導(dǎo)了阻尼器-平臺(tái)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程,并應(yīng)用復(fù)模態(tài)分析法求解了系統(tǒng)的動(dòng)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(lì)法求解了系統(tǒng)在地震荷載激勵(lì)下的隨機(jī)反應(yīng).通過(guò)參數(shù)分析評(píng)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(guò)合理選擇阻尼器參數(shù),可顯著地降低海洋平臺(tái)的冰致

3、響應(yīng).2.地震作用下裝有連接阻尼器的平臺(tái)被動(dòng)控制研究.連接阻尼器是加入耗能材料的管節(jié)點(diǎn),可理想化為由有限剛度的轉(zhuǎn)動(dòng)彈簧和轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼器并聯(lián)組成.該文結(jié)合有限元和動(dòng)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(lì)法分析了該平臺(tái)的動(dòng)力特性和響應(yīng),并討論了剛度系數(shù)和軒動(dòng)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(dòng)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(xì)瞬時(shí)最優(yōu)控制算法.瞬時(shí)最優(yōu)控制算法適用于激勵(lì)不可預(yù)知的情況,

4、例如冰和地震.瞬時(shí)最優(yōu)控制算法需通過(guò)求解復(fù)特征值問(wèn)題來(lái)計(jì)算矩陣指數(shù).然而,對(duì)于大型特征值問(wèn)題,精確求解幾乎是不可能的,此時(shí)得到的矩陣指數(shù)結(jié)果通常很差.為了克服這個(gè)問(wèn)題,該文提出了精細(xì)瞬時(shí)最優(yōu)控制算法.實(shí)際上,精細(xì)瞬時(shí)最優(yōu)控制算法是由精細(xì)積分法與瞬時(shí)最優(yōu)控制算法結(jié)合得到.它不需求解復(fù)特征值問(wèn)題,并可給出精確的矩陣指數(shù).采用精細(xì)瞬時(shí)最優(yōu)控制算法對(duì)裝有磁流變阻尼器的海洋平臺(tái)半主動(dòng)控制進(jìn)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(dòng)控