海洋平臺(tái)振動(dòng)分析及相似模型實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、海洋平臺(tái)在惡劣的環(huán)境下工作，受到地震、波浪、風(fēng)力、冰載及平臺(tái)上的機(jī)器和設(shè)備等各種載荷的作用，會(huì)引起強(qiáng)烈的振動(dòng)。有害的振動(dòng)會(huì)影響人體的健康，使儀器不能正常的使用，嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致平臺(tái)的損壞。在對(duì)海洋平臺(tái)的研究中，雖然通過(guò)數(shù)值計(jì)算手段可得出所需的技術(shù)數(shù)據(jù)，但是，由于在計(jì)算中常引入諸多假定或經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算結(jié)果可靠度欠佳。海洋工程界仍一致認(rèn)為物理模型實(shí)驗(yàn)的結(jié)果最為可靠，并以此作為設(shè)計(jì)、建造海洋平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)。因此，海洋平臺(tái)相似模型的設(shè)計(jì)、建造與實(shí)驗(yàn)研

2、究便顯得尤為重要。本文結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，對(duì)海洋平臺(tái)的振動(dòng)分析及相似模型實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究，本文研究?jī)?nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面： 第一，參照W12-1和其他的海洋平臺(tái)，設(shè)計(jì)一個(gè)海洋儲(chǔ)油平臺(tái)，該平臺(tái)由上、下兩層甲板、四層水平面導(dǎo)管架、平臺(tái)的六個(gè)豎向主導(dǎo)管和支撐組成。為使設(shè)計(jì)的海洋平臺(tái)的穩(wěn)定性更高，將平臺(tái)設(shè)計(jì)為六邊行框架結(jié)構(gòu)。同時(shí)，為使設(shè)計(jì)的海洋平臺(tái)滿(mǎn)足使用要求，在材料的選擇、平臺(tái)儲(chǔ)油量的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、平臺(tái)剛度和強(qiáng)度的設(shè)計(jì)上進(jìn)行研

3、究，并通過(guò)建立平臺(tái)的三維模型，對(duì)其進(jìn)行靜力和動(dòng)力的仿真分析。結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的海洋平臺(tái)滿(mǎn)足使用要求。 第二，進(jìn)行相似模型設(shè)計(jì)研究。分析研究了海洋平臺(tái)的各動(dòng)力特性參數(shù)并重點(diǎn)研究了材料阻尼對(duì)相似模型設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析的影響，結(jié)果表明：材料阻尼對(duì)相似模型的幾何尺寸沒(méi)有影響，對(duì)模型的固有頻率影響不大，因此可以忽略；對(duì)模型的動(dòng)力響應(yīng)影響較大。為方便研究應(yīng)用，還給出已知阻尼比和阻尼系數(shù)時(shí)的轉(zhuǎn)換關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，得出在確定模型的相似條件時(shí)，可

4、分兩階段來(lái)分析即模型設(shè)計(jì)階段和模型實(shí)驗(yàn)階段，并得出了相應(yīng)的相似條件。 第三，通過(guò)相似條件的應(yīng)用，設(shè)計(jì)了采用PVC材料的海洋平臺(tái)相似模型，對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、平臺(tái)剛度和強(qiáng)度的計(jì)算、以及各設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的相似檢驗(yàn)。通過(guò)各數(shù)據(jù)的相似檢驗(yàn)得出滿(mǎn)足相似條件，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的相似模型的正確性。 第四，在設(shè)計(jì)的相似模型的基礎(chǔ)上，建造了一個(gè)海洋平臺(tái)相似模型的實(shí)物，進(jìn)行海洋平臺(tái)相似模型振動(dòng)模態(tài)實(shí)驗(yàn)，制定了振動(dòng)模態(tài)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)?？紤]到模型測(cè)點(diǎn)較多，為節(jié)省

5、傳感器，實(shí)驗(yàn)采用多輸入單輸出的實(shí)驗(yàn)方法，即多點(diǎn)激振單點(diǎn)輸出測(cè)量的方法。信號(hào)的激振采用錘擊法，激勵(lì)信號(hào)和響應(yīng)信號(hào)將分別通過(guò)力傳感器和加速度計(jì)拾取。為使所測(cè)得的信號(hào)的可靠性更高，采用力錘激振時(shí)在每個(gè)測(cè)點(diǎn)敲擊4次，即采4塊數(shù)據(jù)，以便在傳遞函數(shù)分析時(shí)可進(jìn)行4次平均。采用南京安正軟件工程有限公司的A2016G采集箱進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，用CRAS V6.1進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、曲線(xiàn)擬合，識(shí)別出各階模態(tài)頻率、阻尼系數(shù)等結(jié)構(gòu)特性參數(shù)。 第五，為了研究海洋平臺(tái)

6、的動(dòng)態(tài)特性，識(shí)別出其模態(tài)參數(shù)，包括各階固有頻率、空間振型和阻尼比等，對(duì)海洋平臺(tái)相似模型振動(dòng)模態(tài)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。將相似模型的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和原型的仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，都能夠較好的吻合，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)的可靠性，而且證明海洋平臺(tái)相似模型設(shè)計(jì)和建造的一致性。并對(duì)海洋平臺(tái)相似模型的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的誤差在相似模型設(shè)計(jì)中、建造中和實(shí)驗(yàn)中三個(gè)方面進(jìn)行了分析。 第六，為了研究海洋平臺(tái)上設(shè)備的自身振動(dòng)對(duì)平臺(tái)的影響，對(duì)海洋平臺(tái)進(jìn)行動(dòng)力響應(yīng)研究，得出對(duì)模型施加