海洋平台阻尼减振分析与装置研制

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yuanjinxing1987
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海洋平台是开发海底油气资源的基础结构,也是生产作业与生活基地。在渤海湾,广泛采用的导管架平台需要承受很强的海冰和地震荷载。渤海油田为边际油田,降低导管架平台造价势在必行。结构振动控制方法是提高设计质量,降低造价的有效手段。因此,研究导管架平台的结构振动控制方法具有重要意义。 本文主要研究了导管架平台的阻尼减振方法。阻尼减振系统是通过在导管架平台中加入粘弹性阻尼器、磁流变阻尼器及在管节点间加入耗能材料来形成的。以渤海湾的JZ20-2MUQ平台为研究对象,首先建立了平台的有限元模型,然后研究了在冰与地震作用下的平台减振效果。主要研究内容如下: 1.装有粘弹性阻尼器的平台冰致振动的被动控制研究。首先推导了阻尼器一平台系统的运动方程,并应用复模态分析法求解了系统的动力特性,特别是系统的模态阻尼比。然后在频域里应用虚拟激励法求解了系统在地震荷载激励下的随机反应。通过参数分析评估了阻尼器的减振效果并确定了最佳阻尼器参数。分析结果表明,通过合理选择阻尼器参数,可显著地降低海洋平台的冰致响应。 2.地震作用下装有连接阻尼器的平台被动控制研究。连接阻尼器是加入耗能材料的管节点,可理想化为由有限刚度的转动弹簧和转动阻尼器并联组成。本文结合有限元和动力刚度法推导了其刚度、质量、阻尼矩阵。采用复模态分析和虚拟激励法分析了该平台的动力特性和响应,并讨论了刚度系数和转动阻尼系数的影响。参数研究表明,适当的选择转动阻尼系数可显著增加振型阻尼比,降低结构地震响应。 3.提出了精细瞬时最优控制算法。瞬时最优控制算法适用于激励不可预知的情况,例如冰和地震。瞬时最优控制算法需通过求解复特征值问题来计算矩阵指数。然而,对于大型特征值问题,精确求解几乎是不可能的,此时得到的矩阵指数结果通常很差。为了克服这个问题,本文提出了精细瞬时最优控制算法。实际上,精细瞬时最优控制算法是由精细积分法与瞬时最优控制算法结合得到。它不需求解复特征值问题,并可给出精确的矩阵指数。采用精细瞬时最优控制算法对装有磁流变阻尼器的海洋平台半主动控制进行了研究,结果表明了磁流变阻尼器的有效性。 4.为了将振动控制应用到实际平台中去,本文设计并制作了磁流变阻尼器和振动放大装置。振动放大装置的作用是提高磁流变阻尼器的耗能能力。通过对磁流变阻尼器和振动放大装置的实验研究,发现磁流变阻尼器的整体表现相当令人满意。试验结果还表明,振动放大装置没有达到设计标准,需要做出进一步的改进。
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