深水铰接塔平台的非线性动力特性分析

研究了铰接塔平台在波浪和海流作用下的非线性动力特性。将平台顶部工作单元简化为集中质量,塔柱和浮力仓简化为均匀直杆,建立了铰接塔平台动力分析模型。考虑海流和波浪对平台的作用,应用Morison公式计算铰接塔平台瞬时位置所受水动力,依据拉格朗日原理建立了铰接塔平台的强非线性运动方程。分别考虑波浪作用和波流联合作用,采用数值计算的方法研究了铰接塔平台超谐共振和混沌运动。研究表明,波流联合作用下平台的超谐共振运动响应增加,在大幅和较高频率波浪激励下,平台系统出现混沌运动。

考虑弹性变形铰接塔平台非线性动力响应

研究计入弹性变形铰接塔平台在深水中的非线性动力响应。将铰接塔平台简化为顶部具有集中质量,底部具有扭转线性弹簧约束的均匀弹性梁,考虑波浪对平台的作用,应用莫里森(Morison)公式计算铰接塔平台瞬时位置所受水动力,建立了铰接塔平台横向运动的偏微分方程,采用伽辽金方法计算波浪作用下铰接塔平台非线性动力响应。计算了铰接塔平台的固有频率和模态,得到了铰接塔平台不同频率波浪激励下各阶模态的动力响应。计算结果表明,在波浪激励下系统二阶模态将发生2、34、倍超谐共振运动,并且揭示了弹性铰接塔平台在波浪作用下振动的不对称性。

深水铰接塔平台动力响应分析

将深水铰接塔平台顶部工作单元简化为集中质量,塔柱和浮力仓简化为均匀直杆,建立了铰接塔平台运动分析模型。考虑海流和波浪对平台的作用,应用Morison公式计算铰接塔平台瞬时位置所受水动力,依据拉格朗日原理建立了铰接塔平台的强非线性时变系数两自由度运动控制方程。文中工作为深水铰接塔平台动力响应分析奠定了基础。

波流联合作用下深水铰接塔平台的组合共振

研究了深水铰接塔平台在波流联合作用下的组合共振特性。将平台顶部工作单元简化为集中质量,塔柱和浮力仓简化为均匀直杆,建立了铰接塔平台运动分析模型。考虑海流和波浪对平台的作用,应用M orison公式计算铰接塔平台瞬时位置所受水动力,依据拉格朗日原理建立了铰接塔平台的强非线性运动方程。分别考虑波浪作用和波流联合作用,采用数值计算方法,计算了高400 m、塔柱直径15 m的浮力塔平台的多种组合共振响应。研究表明,波浪作用下平台将出现2vm+vn组合共振,波流联合作用下平台将出现vm+vn组合共振、2vm+vn组合共振。

深水顺应式铰接塔平台的非线性运动特性分析

研究了静水中顺应式铰接塔平台的运动特性。将平台简化为顶部有集中质量绕海底铰接点作平面运动的单自由度体系,考虑铰接点的库伦摩擦、塔柱的结构阻尼及海流对平台的作用,采用拉格朗日方程建立了铰接塔平台的强非线性运动方程。采用Taylor级数展开微分方程,对平台的运动响应进行了数值模拟。计算表明铰接塔平台的固有周期接近低频波浪周期,可能发生大幅慢漂运动;同时揭示了平台平衡位置与海流流速之间的关系,以及库仑摩擦对静平衡位置的影响。

静水中铰接塔平台的地震响应分析

研究静水中铰接塔平台在简谐地震作用下的动力响应特性。将铰接塔平台简化为质量集中在节点的杆模型,建立了铰接塔平台的非线性运动微分方程,计算了高400m的铰接塔平台的自振特性,以及不同水深情况下地震引起的平台的动力响应,讨论了不同水深及底铰摩擦系数对铰接塔平台地震响应的影响。

铰接塔海洋平台的振动控制

采用调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)设计了铰接塔海洋平台的振动主动控制方法。首先给出了考虑重力梯度、水压力差、波浪力等外部载荷作用的系统动力学方程,并采用有限差分法对方程进行了离散,而后采用最优控制方法设计TMD的主动控制,并给出了TMD参数的设计方法。仿真结果表明,主动TMD的控制效果优于被动TMD,而且主动控制时的TMD位移量明显小于被动控制方法。