基于振动响应的导管架平台极限承载能力分析

为评估到达一定服役期限的导管架平台结构安全性能,提出基于振动响应的平台时变极限承载能力分析方法。以东海某气田导管架平台为对象开展振动监测研究,采集不同海况下平台上部组块的加速度响应,通过随机减量法对平台振动响应数据进行特征函数提取,分别采用时序分析法和复指数法对预处理数据进行动力学参数识别。借助有限元分析建立不同损伤状态下平台固有频率数据库,通过与模态参数识别数据对比识别出平台结构健康状态。应用时域分析法进行平台非线性动力学分析,并结合极限承载能力评估准则建立动力极限承载能力分析方法。结果表明,基于振动监测分析结果的平台修正模型能较准确地反映在役平台结构健康状态,可实现平台的结构抗力的精确评估,得到不同服役期导管架平台结构时变抗力变化规律。     

设备地震响应的频谱分析法

目前设备抗地震分析一般有两种基本方法 :时程分析法和地震频谱法。文中以实例说明了如何运用有限元数值分析方法来实现频谱分析的步骤：首先进行模态分析，求得结构在地震频谱频率范围内的各阶固有频率；然后进行频谱分析，先求得对应于各阶固有频率的地震响应模态解 ,再进行模态解合并以得到结构对地震的总响应；再在后处理中进行工况组合得到包括地震载荷在内的各种工况的应力解、位移解。文中还参照ASME规范第Ш篇NF分篇的原则确定了不同工况组合下的应力极限。     

随机波浪力作用下导管架海洋平台动力响应分析

本文以实际的导管架海洋平台为研究对象,应用大型有限元软件ANSYS对平台进行了有限元建模,建模过程中采用APDL命令和GUI菜单相结合的方式,进而通过模态分析得到海洋平台结构的固有频率和振型,在此基础上考虑随机波浪作用,分析得到海洋石油平台的结构动力响应,所得结论对于导管架平台安全性和可靠性的评价有一定指导意义。     

附着式升降脚手架不同步运动时结构的响应分析

目的研究不同步运动下架体结构附着支撑点处的内力和导轨关键节点处的转角位移变化,分析导轨所在立杆与大横杆连接点处应力.方法考虑架体结构在施工荷载作用下的影响,利用有限元分析软件ANSYS对整个架体在不同位移工况下的响应进行数值模拟,分析每种工况下最大应力出现的节点位置以及在升降阶段位移差值与节点应力和关键点转角位移之间的关系.结果当架体发生不同步运动时,导轨所在立杆与横杆的连接处有可能发生塑性破坏,架体关键点转角位移的变化率随跨距的增大而变小,而底层关键点转角位移相比其他几层要更大,分析得到了支撑点应力和转角位移随位移差值的变化规律.结论当导轨发生不同步运动时,附着支撑点及其相临附着支撑点处内力变化较为明显,关键点转角随位移差值的变大而变大,其立杆与横杆的连接处很有可能出现应力的最大值.     

导管架平台地震响应谱分析

该文利用海洋平台结构专业分析软件SACS对我国渤海海域某导管架海洋平台进行地震响应谱分析,对非线性的桩-.土系统,采用等效基础刚度的方法转换为线性基础,建立了导管架平台有限元模型.首先进行平台的模态分析,获得平台的自振特性和振型,分别计算不同振型对地震作用的响应并组合,得到不同杆件在地震动力作用和平台重力影响下的应力,依据美国API规范对平台杆件名义应力、管节点冲剪、桩强度和桩基承载力进行校核.     

Stewart六自由度并联平台动力学模型振动分析

为提高Stewart六自由度并联减振平台控制精度,采用力学分析、旋转矩阵等方法构建了减振平台的速度特性和加速度特性等动力学分析模型和Adams虚拟样机模型,并对该平台在瞬态激励下上端载物平台的位移输出情况、速度情况和加速度情况以及固有特性进行了振动仿真分析.结果表明:1)上端平台的响应较小,最大的位移出现在0.7s左右且能够很快地保持稳定;2)Stewart六自由度并联平台的一阶固有频率较小,低频特性较好,且在大范围的频率段范围内响应稳定.     

移动及冲击荷载作用下浮式平台的动力响应分析

以福建南平樟湖库区大桥的浮式平台为背景,采用ANSYS建立浮式平台的有限元模型并且引用水弹簧理论,计算其在移动及冲击荷载作用下的动力响应.结果表明:浮式平台在移动荷载作用下考虑与不考虑附加水质量和水动力阻尼时,其动力响应并不明显;而在冲击荷载作用下,浮式平台考虑与不考虑附加水质量和水动力阻尼时则有较大区别.考虑水动力阻尼时位移、加速度响应衰减得快;不考虑水动阻尼时浮式平台固有频率增大,周期峰值逐渐衰减.     

一种新型铝合金附着式升降脚手架的力学性能分析

针对一种新型的铝合金附着式升降脚手架,根据其在截面的复杂性和结构体系组成材料的性质不同,将新型铝合金附着式升降脚手架分为架体结构和支座结构,分别采用建筑结构有限元软件SAP2000和通用有限元软件ABAQUS进行了正常使用工况下的结构内力和变形分析。为了比较不同地震波作用下的结构响应,本文选取了人工波,Holliste波以及Yermo波进行了多遇地震作用下的动力响应,对比分析了三向地震作用下架体结构顶部和边角处的位移以及不同位置处的位移反应谱,并将所分析结果与建筑抗震设计规范的反应谱法进行对比。然后通过分析结构的应力和应变分布,对铝合金脚手架的研发设计和实际施工提出了指导性建议。     

极端环境下工程边坡运行稳定性模拟分析

利用有限元软件ADINA对某水电站进口建筑物边坡在极端环境(降雨工况、地震工况、降雨地震组合工况)下进行了数值模拟,分析其变形和应力发展规律,并对边坡稳定性进行评价.得出如下结论:在降雨和降雨地震组合工况下,处于第一开挖平台处的岩体水平位移较大,处于第二开挖平台处的竖向位移较大,在该处易引起边坡失稳,但在地震工况下位移分布规律较好,故在开挖平台处需对边坡采取以排水为主的防范措施;在3种工况下边坡基本都处在受压状态下,受拉区域较小,但受拉最大值发生在同一位置,需对该位置进行重点监测;通过塑性区分布图的对比可发现地震是影响该边坡稳定的最关键因素,降雨地震组合工况为最不利于边坡稳定的工况.     

特高压输电塔气弹模型风洞试验研究

为进一步了解特高压输电塔风振响应的特点,以正在建设的淮南-上海1000kV特高压线路中的一基双回路直线塔为原型,采用离散刚度法制作了输电塔气弹模型,进行了输电塔在紊流场中不同风速、不同风攻角下的气弹模型风洞试验.试验结果表明:输电塔模型的响应随风速的增大而增大;位移响应受风攻角的影响比较明显,在15°风时位移响应最大;各试验工况下,输电塔模型横风向的振动比较显著,X向和Y向的加速度响应处于同一量级且数值比较接近;Y向的加速度响应在0°风时最大,X向的加速度响应在90°风时最大,但任何工况下,输电塔X向的加速度响应均大于Y向的加速度响应.     

海洋环境下变直径独立桩的有限元分析

针对变直径独立桩在风、浪、流联合作用下的受力特性进行研究,以埕岛油田CB11F平台处的某一变直径立管桩为例,应用有限元软件ANSYS进行了有限元分析,分析过程中考虑环境荷载、土壤条件及变直径位置等因素对结构响应的影响,对光滑渐变的锥形体变径段进行合理地简化,得到了变径桩在波流作用下的桩顶位移和桩身应力,并与通长桩的计算结果进行比较,结果表明,变径桩的位移和应力减幅都大于20%,充分验证了变径措施在降低独立桩位移和减小桩身应力方面的有效性。     

风暴状态下自升式平台非线性动力分析模型

以风暴状态下的自升式平台为研究对象 ,建立了用于分析平台结构的非线性动力模型。该模型采用改进的NewWave模型描述随机波浪 ,借助非线性弹簧模拟平台结构的桩—土之间的相互作用 ,综合考虑了影响平台结构动力响应的动力敏感性、非线性以及波浪载荷的随机性因素 ;同时以波面极值出现前后的若干载荷循环作用下的结构响应结果作为对平台结构响应的估计 ,大大节省了计算时间。建立了简化的三维有限元结构模型。通过具体实例分析 ,给出了使用该模型进行风暴状态下自升式平台动力响应的计算步骤 ,并对分别采用非线性弹簧模型和传统的铰接模型时的平台结构动力响应进行了对比。计算结果表明 ,风暴状态下自升式平台甲板位移响应极值服从对数正态分布。使用该模型进行自升式平台动力响应分析时 ,能够兼顾模型复杂程度和计算效率 ,这为今后进行自升式平台结构动力可靠性分析奠定了基础。     

异步电机典型构件系统的模态及结构位移分析

为了研究振动噪声及结构位移对异步电机的疲劳及寿命影响,以某型舰艇实用异步电机为研究对象,选取电机转子、风扇及其传动件作为典型构件系统,分别进行系统有限元模态分析及瞬态动力学分析。给出了构件系统的单元类型,确定了构件系统静力学分析及有预应力条件下的模态分析方法,并在不同的转速、风力与载荷情况下,进行构件系统的瞬态动力学应力分析。得到了某型舰艇异步电机典型构件系统的振型、固有频率及其最大结构位移,为进一步研究舰艇电机的减震隔噪技术奠定了理论基础。     

水平井完井管柱振动特性实验研究

为探索气体作用下完井管柱振动响应机理，开展了水平井完井管柱在开井工况下振动相似实验。实验采用PE管模拟完井管柱油管，采用透明的亚克力管模拟完井套管，并采用Froude相似准则进行尺寸缩放；基于应变片测试技术采集气体作用下完井管柱油管在水平和垂直方向的振动，并采用模态分析法分析了管柱应变、位移响应及振动模态。通过有限元分析管柱固有频率并与实验振动频率对比发现，管柱振动频率接近三阶固有频率，且会发生共振；实验管柱系统在弯曲段响应应力、位移量较大，振动较为剧烈；管柱在水平方向与垂直方向振动频率与模态一致，水平方向振动剧烈。     

旋转激振气流下风力机风轮振动及应力谐响分析

风力机叶片的断裂与运行过程中的振动密切相关。本文基于ANSYS谐响应分析法,对小型水平轴风力机在旋转激振气流作用下风轮振动的过程中,叶片表面的应力分布规律进行研究。结果发现：在额定工况下,叶片低阶振动的位移主要发生在挥舞方向上;各阶振动下应力最大的位置均出现在靠近前缘的气动中心线附近,一阶振动应力集中的区域出现在0.20R-0.58R,二阶振动时应力较大的区域出现在0.71R-0.79R,三阶振动时应力较集中的区域出现在0.79R-0.88R,但以一阶振动的应力最大;在低阶振动中,一阶振动时循环应力的往复拉压作用对叶片的影响最大,也是小型水平轴风力机叶片产生疲劳失效的主要诱因。     

考虑流固耦合的变截面圆柱壳钢塔风振分析

为了明确变截面圆柱壳钢塔的风振响应规律,基于流固耦合理论建立有限元计算模型,采用自回归模型(autoregressive model, AR)法对不同重现期基本风压对应的脉动风速进行了模拟,成功利用数值风洞方法计算了变截面圆柱壳钢塔在脉动风作用下的动力响应,并通过现场风振监测对数值结果的可靠性进行了验证。结果表明：在脉动风作用下,位移响应幅值沿着高度方向逐渐增大,风速越大,结构的位移响应越大,其中50年与100年重现期风速作用下结构响应差别较小,总体上没有超过结构的位移限值。应力沿高度方向逐渐减小,且在变截面位置存在应力突变的现象。风速越大,应力越大,沿着高度方向应力的差别越来越小,其中50年与100年重现期风速作用下超过脱硫塔在工作温度下的材料许用应力值(113 MPa)。因此,对于该类钢塔的抗风性能评估,底部和变截面处以应力控制为主,顶部以位移控制为主。     

横向有限应变对张力腿平台空间涡激振动响应的影响

为研究张力腿平台的动力响应问题,基于Hamilton原理,根据克希霍夫假设以及拉格朗日函数,得到张力腿海洋平台空间运动的运动方程和边界条件,运用有限差分法对运动方程和边界条件进行离散,最终采用吉尔法求解微分方程组.采用半经验Morison公式模拟流体力的作用,在不同水流流速作用和涡旋脱落载荷共同作用下,比较了横向有限应变对空间涡激振动响应的影响.计算结果表明:当涡旋脱落频率接近结构的固有频率时,横向有限应变对涡旋脱落载荷作用方向的横向位移响应将产生较明显的影响,可产生超过30%的偏差.然而,即使在涡旋脱落频率不靠近结构的固有频率时,横向有限应变对水流作用方向的横向位移响应和轴向位移响应都有很大的影响,可产生100%以上的偏差.     

基于向量式有限元法的风力发电机组一体化仿真分析

大型风电机组为强非线性刚柔耦合的周期时变多体系统,传统有限元方法不能解决叶片转动过程中由于刚体位移而导致的刚度矩阵奇异问题,向量式有限元法可有效考虑叶片的几何非线性和大变形运动、塔架的弹性变形、气动载荷等因素.基于MATLAB平台编制空间梁系结构求解程序,选取悬臂梁受端部集中动荷载和欧拉梁绕定轴转动两个典型算例验证程序的正确性.建立包含机舱、轮毂、叶片和塔架在内的风电机组一体化仿真分析模型,根据机组静止状态下自由振动响应,用模态参数识别方法提取了机组的自振频率,计算结果与传统有限元法吻合.采用谐波叠加法和本征正交分解法相结合的方式,运用B样条曲面插值策略,模拟生成风电机组在正常运行状态下的风速时程.采用向量式有限元法对正常运行状态下的风电机组进行风振响应分析,较好地反映了重力对叶片内力周期性变化的影响以及叶片与塔架的共同作用.     

风电增速箱结合部刚度分析及振动噪声预估

为了研究风电增速箱的振动特性和辐射噪声,基于轴承支承刚度及齿轮副啮合刚度分析,建立了风电增速箱轴系扭转振动模型,运用Matlab求解振动微分方程,得出轴系扭振频率及对应振型;综合考虑刚度激励、误差激励及冲击激励,建立了风电增速箱动力学有限元模型,仿真得出增速箱的动态响应。以箱体表面节点振动位移为边界条件,建立了增速箱声学边界元模型,采用直接边界元法求解得到箱体表面声压及场点的辐射噪声。结果表明,风电增速箱扭振频率与激励频率及其倍频相差较大,不会出现共振现象;增速箱结构噪声和辐射噪声的峰值主要出现在高速级齿轮啮合频率的二倍频附近。     

叶轮转子-轴承-干气密封系统模态分析及谐响应分析

以“叶轮转子-轴承-干气密封”系统的动态特性为研究对象,利用软件ANSYS建立有限元模型,对系统进行满载条件下模态分析, 得到该系统各阶固有频率和振型,对该系统进行空载条件下模态分析.对比上述两种固有频率发现:工况下干气密封系统及叶轮转子所受的力降低了系统固有频率.以系统不平衡量为体载荷,通过谐响应分析方法得到系统的稳态不平衡响应曲线.