海洋平臺振動分析及相似模型實驗研究.pdf

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

2、究便顯得尤為重要。本文結(jié)合國家自然科學(xué)基金項目，對海洋平臺的振動分析及相似模型實驗進(jìn)行研究，本文研究內(nèi)容主要包括以下幾個方面： 第一，參照W12-1和其他的海洋平臺，設(shè)計一個海洋儲油平臺，該平臺由上、下兩層甲板、四層水平面導(dǎo)管架、平臺的六個豎向主導(dǎo)管和支撐組成。為使設(shè)計的海洋平臺的穩(wěn)定性更高，將平臺設(shè)計為六邊行框架結(jié)構(gòu)。同時，為使設(shè)計的海洋平臺滿足使用要求，在材料的選擇、平臺儲油量的設(shè)計、結(jié)構(gòu)的設(shè)計、平臺剛度和強度的設(shè)計上進(jìn)行研

3、究，并通過建立平臺的三維模型，對其進(jìn)行靜力和動力的仿真分析。結(jié)果表明，所設(shè)計的海洋平臺滿足使用要求。 第二，進(jìn)行相似模型設(shè)計研究。分析研究了海洋平臺的各動力特性參數(shù)并重點研究了材料阻尼對相似模型設(shè)計及實驗數(shù)據(jù)分析的影響，結(jié)果表明：材料阻尼對相似模型的幾何尺寸沒有影響，對模型的固有頻率影響不大，因此可以忽略；對模型的動力響應(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，可

4、分兩階段來分析即模型設(shè)計階段和模型實驗階段，并得出了相應(yīng)的相似條件。 第三，通過相似條件的應(yīng)用，設(shè)計了采用PVC材料的海洋平臺相似模型，對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)的設(shè)計、平臺剛度和強度的計算、以及各設(shè)計數(shù)據(jù)的相似檢驗。通過各數(shù)據(jù)的相似檢驗得出滿足相似條件，驗證了設(shè)計的相似模型的正確性。 第四，在設(shè)計的相似模型的基礎(chǔ)上，建造了一個海洋平臺相似模型的實物，進(jìn)行海洋平臺相似模型振動模態(tài)實驗，制定了振動模態(tài)實驗系統(tǒng)?？紤]到模型測點較多，為節(jié)省

5、傳感器，實驗采用多輸入單輸出的實驗方法，即多點激振單點輸出測量的方法。信號的激振采用錘擊法，激勵信號和響應(yīng)信號將分別通過力傳感器和加速度計拾取。為使所測得的信號的可靠性更高，采用力錘激振時在每個測點敲擊4次，即采4塊數(shù)據(jù)，以便在傳遞函數(shù)分析時可進(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、曲線擬合，識別出各階模態(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

6、的動態(tài)特性，識別出其模態(tài)參數(shù)，包括各階固有頻率、空間振型和阻尼比等，對海洋平臺相似模型振動模態(tài)實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。將相似模型的實驗數(shù)據(jù)和原型的仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，都能夠較好的吻合，說明實驗的可靠性，而且證明海洋平臺相似模型設(shè)計和建造的一致性。并對海洋平臺相似模型的實驗數(shù)據(jù)的誤差在相似模型設(shè)計中、建造中和實驗中三個方面進(jìn)行了分析。 第六，為了研究海洋平臺上設(shè)備的自身振動對平臺的影響，對海洋平臺進(jìn)行動力響應(yīng)研究，得出對模型施加