海洋结构动力学相关知识

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,2024/10/15,1,1.2.1,固定式平台和活动式平台,1.2.2,顺应式平台,1.2.3,浮式平台,1.2,海洋平台构造及有关动力学问题,2024/10/15,2,1.2.1,固定式平台和活动式平台,小于,400m,水深的海域,固定式平台,混凝土重力式平台,导管架平台,通过自身的重量维持,合适的垂直位置,管状桩腿，插入土壤一定深度，,以支持平台结构和作业模块的,重量。,固有弯曲频率或基本弯曲频率,大约是,0.17,赫兹。,振动的主要形式是弯曲振动。,2024/10/15,3,1.2.1,固定式平台和,活动式平台,用于勘探石油的自升式钻井平台也可称为活动式平台。,有,3,到,6,根桩腿支承，桩腿有钢管式和桁架式两种结构。,站立状态,拖航状态,每根桩腿固定于海底的钢质,沉垫上，可以使平台结构稳,定并且减少桩腿插入海底的,深度。,平台的船体在海底以上的高,度可达到,100,米。,桩腿从海底拔出，并且收进,船体的低部，减少拖航过程,的阻力。,2024/10/15,4,1.2.1,固定式平台和活动式平台,共同的结构特征,上部生产结构模块达到数数千吨，远大于支撑结构的重量。,结构高度方向的尺寸大于水平方向的尺寸。,主要的振动形式为弯曲振动。,共同的振动特点,惯性力,恢复刚度,动力载荷,重要的动力学问题,在,100m,以上水深作业时，波流联合引起的动力响应。,上部作业模块的质量,取决于支撑结构,风、浪、流、海冰、地震载荷,2024/10/15,5,1.2.2,顺应式平台,牵索塔平台,桁架式塔架,钢缆,加重链,海底锚,连接到海底基础上的缆索,工作水深可达到,400,米,桁架结构减轻了结构重,量，减小了惯性力；,减小了风、浪、流等流,体载荷。,在水面以下,25,米处，塔结构四周,对称地系上,20,根钢缆；,每根钢缆向下延伸约,1000,米，与,一根在海底锚固的加重链相连。,在正常天气或小风暴情况下，钢缆作为一坚硬的弹簧，提供,平台摇摆运动的恢复力。,在大风暴和飓风等恶劣的气象条件下，钢缆变得相对柔软以,使结构顺应风浪流载荷的作用。当平台摇摆的幅值增大时，,同时增大的还有加重海底链提离海底的高度，这样就增大了,平台的回复力使平台适应风暴载荷。,2024/10/15,6,1.2.2,顺应式平台,铰接塔平台的组成,铰接塔平台的动力学问题,塔柱、海底基础、万向接头、浮力舱、压载舱,该类型结构的固有频率远低于那些具有高幅值的波浪频,率，一般不会发生摇摆共振。,非线性的流体动力载荷,运动幅值跳跃、失稳,平台生产功能丧失,对于大长细比塔柱结构，需要考虑弹性变形研究塔柱的,运动和塔柱动强度问题。,2024/10/15,7,1.2.3,浮式平台,TLP,平台、,Spar,平台、半潜式平台,2024/10/15,8,张力腿平台结构形式,平台上体,立柱（含横撑和斜撑）,下体（浮箱）,张力腿系泊系统,锚固基础,2024/10/15,9,平台上体,立柱（含横撑和斜撑）,下体（浮箱）,张力腿系泊系统,锚固基础,张力腿平台结构形式,作业装备和生活舱室,提供给平台主体必要的结构刚度,提供浮力,提供预张力，提高系索刚度,固定张力腿下端,2024/10/15,10,张力腿平台受力和运动特点,浮力远大于自身重力,浮力,=,自重,+,张力腿的预张力,使张力腿时刻处于受张拉的绷紧状态，显著提高了系索的刚度,平台平面外的运动（横摇、纵摇和垂荡）较小，近似于刚性,浮筒所受水平方向波浪力较大,通过张力腿在平面内呈现柔性，较大的环境载荷通过惯性力来平衡,张力腿平台为半顺应半刚性结构形式。,2024/10/15,11,张力腿平台运动的固有周期,垂荡运动,2-4s,纵、横荡运动,100-200s,横摇、纵摇运动,低于,4s,首摇的运动,高于,40s,整个结构的频率跨越波浪的一阶频率谱两端，可以避免结构和海浪能量集中的频率发生共振。,2024/10/15,12,张力腿平台的动力学问题,波浪差频载荷是缓慢变化的力，与张力腿平台水平面内固有长周期运动的频率接近，诱发水平面内的大幅共振运动。,紊流风的激振频率也在该频率范围，加剧平台的慢漂运动。,波浪的高频分量和高频水动力会引起的平台水平面外平台的弹跳振动（,Spring,或者,Ringing,）。,高度约,1000m,的张力腿，承受波流联合作用，发生非线性涡激振动，出现亚谐振动和组合共振响应。,考虑来自张力腿的预张力和动态张力，张力腿承受横向波流载荷和轴向激振力，发生参数激励振动，是导致张力腿结构的大幅振动和失稳的重要原因。,2024/10/15,13,Spar,平台的组成,平,台,本,体,系,泊,系,统,平,台,主,体,平,台,上,体,主,体,外,壳,浮,力,系,统,中,央,井,立,管,系,统,Spar,平台,2024/10/15,14,Spar,平台的组成,平,台,本,体,系,泊,系,统,平,台,主,体,平,台,上,体,主,体,外,壳,浮,力,系,统,中,央,井,立,管,系,统,Spar,平台,链,-,钢缆,-,链结构,聚酯纤维缆,2024/10/15,15,垂荡运动,纵荡横荡,纵摇横摇,首摇,涡激振动,Spar,平台的动力学问题,无自身回复力,无自身回复力,首摇激励力很小,可以忽略不计,半张紧系统，水平刚度大,位置漂移比较小,4%,水深,小于,6%,水深,回复力矩由重力和浮力形成的力偶决定,运动性能的要求通常来自于立管和顶层模块的设计,10,2024/10/15,16,Spar,平台垂荡运动,垂向刚度,净水压力产生回复力，主要取决于水线面的面积。,系泊系统拉力的垂向分力与之相比可忽略不计。,外部激励力,长周期涌浪的外部激励力。,运动响应,共振情况下，垂荡响应会急剧增大，,并会产生纵摇耦合运动。,改善措施,螺旋侧板和垂荡板。,2024/10/15,17,Spar,平台涡激振动,漩涡自主体上周期性脱落,周期激振力,涡激振动、涡激运动,锁定效应,共振,很大应力、系泊和立管的疲劳损害,减少整个平台的疲劳寿命,螺旋侧板,螺旋侧板和垂荡板结构水动力特性研究也是,Spar,平台,需要研究的重要问题。,2024/10/15,18,Spar,平台的固有周期,垂荡运动,25,40s,横摇、纵摇运动,40,80s,纵、横荡运动,150,350s,参数激励运动,纵摇运动幅值增大,运动失稳,动张力突变,平台系索张力分析属于强非线性动力学问题，包括：,载荷非线性、,缆索分段结构刚度非线性、,材料本构关系非线性、,系泊缆交替松弛张紧引起的复原刚度非线性。,2024/10/15,19,针对深水平台的结构特征，可以归纳为如下动力学问题：,一阶波频响应,二阶差频及和频响应,柔性构件,(,系索、立管等,),的动力特性,修正的,Morison,公式,辐射绕射方法,小尺度结构,大尺度结构,2024/10/15,20,针对深水平台的结构特征，可以归纳为如下动力学问题：,一阶波频响应,二阶差频及和频响应,柔性构件,(,系索、立管等,),的动力特性,修正的,Morison,公式,辐射绕射方法,小尺度结构,大尺度结构,平均漂移、长周期慢漂,(,差频运动,),、,高频响应的弹振（,Springing,）,(,和频运动,),、高阶脉冲力,(Ringing),2024/10/15,21,针对深水平台的结构特征，可以归纳为如下动力学问题：,一阶波频响应,二阶差频及和频响应,柔性构件,(,系索、立管等,),的动力特性,修正的,Morison,公式,辐射绕射方法,小尺度结构,大尺度结构,平均漂移、长周期慢漂,(,差频运动,),、,高频响应的弹振（,Springing,）,(,和频运动,),、高阶脉冲力,(Ringing),波流作用下的涡激振动、系索系统与平台主体的耦合分析，,主要是极限承载能力、疲劳断裂可靠性等,2024/10/15,22,二、半潜式结构,平台本体、立柱和下体或浮箱组成,半潜式平台由于下体都浸没在水中，,其横摇与纵摇的幅值一般很小，,有较大影响的是垂荡运动。,因此，运动分析主要预报结构的垂荡运动。,2024/10/15,23,Transitional Page,2024/10/15,24,Your Main Topic Goes Here,Your subtopic goes here,2024/10/15,25,Backdrops:,-These are full sized backdrops,just scale them up!,-Can be Copy-Pasted out of Templates for use anywhere!,Title Backdrop,Slide Backdrop,Print Backdrop,