冰激柔性直立桩结构振动的模型试验

冰激直立结构振动问题已在世界范围内得到了广泛的研究，但目前的研究成果与实际工程的应用要求还相去甚远．为探索冰激振动进程的控制机理，进行了低冰速、中冰速和高冰速下的动冰力模型试验．试验发现，冰激直立桩结构稳态振动过程中的控制机理是冰与结构的相互作用，而冰以间歇性延一脆压碎模式发生破坏是相互作用进程中的重要特征．基于这一现象，提出了一个直接反映冰与结构相互作用水平的参数——相互作用系数．结果表明，当该系数处于20-45时，结构在冰力作用下会发生剧烈的响应．     

冰激柔性直立四桩柱结构振动的模型试验

为了探索冰激柔性四桩柱结构振动进程的控制机理,进行了低冰速、中冰速和高冰速下的室内动冰力模型试验．试验研究发现,冰激直立四桩柱结构稳态振动过程中的控制机理是冰与结构的相互作用．在前期关于单桩柱结构的研究中,提出了一个直接反映冰与结构相互作用水平的参数,即相互作用系数,该系数对四桩柱结构的动力效应同样具有明显的控制作用,当相互作用系数在20～45内时,四桩柱结构同样会在冰排的作用下产生剧烈的振动     

冰区导管架平台冰激振动隔振问题

冰的连续挤压引起柔性结构的剧裂 表明冰荷载的动力性质和对该问题采取对策的必要性，基于矩阵摄动和动力子结构方法，系统地建立了改善冰与结构动力相互作用的结构布置优化方法，一座渤海导管架平台在一定的程度上鉴别了该方法的可行性及其效果。     

海水引起结构振动的理论及计算分析

引用多腿结构冰力研究的最新成果，建立了Ｍａａｔｔａｎｅｎ模型在多腿结构中应用的冰激振动分析方法，并编制了相应的冰激振动专用分析软件系统，运用该系统对一工程实例作了分析，结果与实测基本一致。     

海冰引起结构振动的理论及计算分析

引用多腿结构冰力研究的最新成果，建立了Ｍａａｔｔａｎｅｎ模型在多腿结构中应用的冰激振动分析方法，并编制了相应的冰激振动专用分析软件系统．运用该系统对一工程实例作了分析，结果与实测基本一致。     

冰激振动下六腿导管架平台的动力响应

为了研究冰力对平台的破坏效应,建立平台的动冰力模型是必要的.简要分析挤压、弯曲和屈曲冰力对平台的破坏效应,确定冰力破坏的主要形式;基于海域现场观测数据,运用公式推导平台受静冰力、海风、海流等环境载荷的作用;采用ANSYS软件对平台建模,根据模型计算六腿导管架平台受冰力遮蔽效应的影响,对平台进行模拟实验.通过模拟,得到了平台在冰激振动下结构的运动情况,为冰与结构相互振动理论提供了理论依据.     

直立腿海洋平台冰激振动响应参数敏感性分析

为研究直立腿海洋平台冰激振动响应对海冰参数的敏感性,考虑海冰参数值的发生概率,设计三因素-五水平正交模拟方案.根据冰荷载功率谱密度函数,采用简谐波叠加法生成冰荷载时程数据,使用SACS软件建模,计算结构动力响应,并进行极差分析、方差分析和相关性分析.研究结果表明:直立腿海洋平台冰激振动响应对海冰漂流速度的敏感性可忽略不计,对海冰强度和冰排厚度的敏感性较高,并且对海冰强度的敏感性要低于对冰排厚度的敏感性;冰厚对最大基底剪力影响最大,对最大倾覆力矩影响最小;强度对最大倾覆力矩影响最大,对顶层加速度影响最小.研究结论可为冰区海洋平台的设计提供一定的参考.     

渤海海洋平台不规则锥体抗冰振性能研究

海洋平台桩腿外侧立管结构在海冰载荷直接作用下易发生强烈冰激振动响应,继而导致立管结构低周疲劳断裂破坏。本文提出了应用不规则锥体作为降低立管结构强烈冰激振动的方法,通过现场振动监测数据及数值计算分析表明,在工程实践应用中不规则锥体有效地降低了立管结构的冰激振动响应,避免了立管结构低周疲劳失效问题,从而也为平台结构外侧立管结构的抗冰振提供了一种参考方法。     

渤海JZ9-3WHPB平台冰激振动测量与分析

为掌握JZ9-3WHPB平台的动力特性,根据该平台结构特点设计安装了具有远程控制功能的平台冰激振动监测系统,对振动信号实施实时监测和记录。利用短时傅里叶变换对振动信号进行分析,研究结构振动时变特征和模态频率特征。通过比较上下甲板振动信号的相位关系以及信号的滤波处理,分析所测得振动模态的振型特点。在对振动最大值、振动持续时间以及平台水域潮流潮位进行统计分析的基础上,结合平台结构设计,分析了平台的抗冰设计缺陷,给出了防冰建议。     

不同破坏模式下锥体结构冰力定性分析

采用弹性基础板模型,对锥体结构上冰破坏力随不同弯曲破坏模式而变化的关系进行了定性分析,给出了由2个尺寸比表达的与3种破坏模式相对应的冰荷载表达式和1个由尺寸比定义的破坏模式图.利用这一结果揭示了弯曲破坏冰力幅值与周期大幅度变化的力学机理.板型弯曲破坏冰力是尺寸比k1的减函数;楔梁型破坏冰力是k1的增函数.这预示着最大冰力将在两种破坏模式过渡时出现.冰力周期随冰的断裂长度与其厚度之比k2增大而增长,当k2大于5时,破坏模式由板型过渡到楔梁型.该结果可在现场数据分类识别和冰力速度效应的定性分析等方面得到应用.     

海洋平台冰振控制试验研究

为了验证磁流变阻尼半主动控制对海洋平台结构冰激振动控制的有效性,针对JZ20-2导管架式海洋平台结构,提出利用橡胶垫和磁流变阻尼器在平台设置隔振层的方案,采用一条实测挤压冰对无控结构、纯隔振结构和磁流变智能隔振结构进行冰激振动控制试验研究.试验结果表明:磁流变半主动控制能有效控制导管架端帽位移和甲板加速度,保证了平台结构的安全度和舒适度,并且能有效降低隔振层位移,满足生产平台采油工艺要求,是一种较好的振动控制方案.     

冰致自激振动测量与机理解释

在海洋平台上观测到了冰致结构的稳态振动,以及冰力和平台响应间的频率锁定现象.通过对实测数据和冰与结构相互作用的破碎机理分析,证明冰致稳态振动属于自激振动.给出了产生冰致自激振动的条件,提出了冰致自激振动的物理机制,指出冰致自激振动发生在冰加载速率的韧脆转变区,整个过程中冰内裂纹的形成与扩展受到了结构运动速度的控制.冰内部的微裂纹行为是解释与描述冰致自激振动的关键要素.     

窄锥结构冰力分析

为了满足窄锥结构动冰力函数构造的需要,提出了一个新的锥体结构冰力计算公式,公式由体现锥角效应、接触宽度效应和冰断裂长度效应三参数表达,它能够合理地反映冰力幅值与作用周期的相关关系。算例结果与几个有影响力的经验公式和理论公式的比较显示,新公式能更好地模拟结构的实际冰力。     

筒型基础平台冰激振动下粘性土地基软化分析

为了解决由于海冰力对筒型基础平台作用而产生地基土软化,降低平台承载力的问题,应用冰激振动理论对筒型基础平台进行了冰激振动分析,通过相应的有限元计算得到筒体周围土体剪应力的最大变化幅值,并将计算结果与对应位置土体的抗软化极限应力进行了对比分析,结果表明:土体在冰激振动软化方面是安全的。提出一种判断筒型基础土体软化可能性的新方法,该方法可以对筒型基础平台冰激振动基础的安全性作出评价,对筒型基础平台的设计起到积极的指导作用。     

冰激动载荷下自升式平台桩腿结构的安全评估

为了保证自升式平台冬季在冰区海域安全作业,应对桩腿结构在动冰载作用下的强度进行评估。应用ANSYS软件建立自升式平台和冰相互作用的仿真计算模型,实现了自升式平台结构的冰激瞬态动力分析,提出冰激动载荷下平台桩腿的静强度和疲劳强度校核的计算流程。对渤海某自升式钻井平台桩腿进行了强度校核,计算出不同海冰参数下平台桩腿的冰激疲劳损伤。计算结果表明,该平台的桩腿在冰激动载荷下的强度满足安全要求,冬季继续在冰区海域进行钻井作业是可行的。     

冰激动载荷下自升式平台桩腿结构的安全评估

为了保证自升式平台冬季在冰区海域安全作业，应对桩腿结构在动冰载作用下的强度进行评估。应用ANSYS软件建立自升式平台和冰相互作用的仿真计算模型，实现了自升式平台结构的冰激瞬态动力分析，提出冰激动载荷下平台桩腿的静强度和疲劳强度校核的计算流程。对渤海某自升式钻井平台桩腿进行了强度校核，计算出不同海冰参数下平台桩腿的冰激疲劳损伤。计算结果表明，该平台的桩腿在冰激动载荷下的强度满足安全要求，冬季继续在冰区海域进行钻井作业是可行的。     

含有粘贴式压电作动器的锥壳结构振动主动控制研究

针对某卫星发射过程中所应用的适配器模型,利用4节点Mindlin板单元对其进行了有限元建模,将分布式压电作动器的影响作为动力学边界条件加入模型当中;试验数据与理论计算结果对比证明该方法能够满足精度要求,此外与通常的层合理论建模方法相比,该方法更加简洁,大大降低了计算量;利用基于独立模态空间控制的方法对锥壳结构进行了振动主动控制研究,仿真结果可以看出利用少数作动器即可达到理想的控制效果.由于控制器本身比较简单,具有很好的鲁棒性,因此对于实际工程应用具有非常重要的指导意义.     

Modeling and optimal vibration control of conical shell with piezoelectric actuators

In this paper numerical simulations of active vibration control for conical shell structure with distributed piezoelectric actuators is presented. The dynamic equations of conical shell structure are derived using the finite element model (FEM) based on Mindlin's plate theory. The results of modal calculations with FEM model are accurate enough for engineering applications in comparison with experiment results. The Electromechanical influence of distributed piezoelectric actuators is treated as a boundary condition for estimating the control force. The independent modal space control (IMSC) method is adopted and the optimal linear quadratic state feedback control is implemented so that the best control performance with the least control cost can be achieved. Optimal control effects are compared with controlled responses with other non-optimal control parameters. Numerical simulation results are given to demonstrate the effectiveness of the control scheme.     

压电陶瓷用于柔性悬臂梁振动控制的试验研究

依据压电陶瓷驱动器的振动控制原理和梁表面的应变方程确定压电陶瓷片在悬臂梁上的粘贴位置,采用独立模态控制方法对柔性悬臂梁进行振动主动控制试验研究.为提高信噪比并保证后继控制的可靠性和有效性,对传感信号进行了滤波处理.试验结果表明,将压电陶瓷片布置在悬臂梁的合理位置上并采用主动控制方法,可以有效地抑制悬臂梁的振动,使悬臂梁前3阶模态的加速度及响应谱峰值均减小40%左右.