基于内部耗能减振的海洋平台振动控制研究

论文摘要

海洋平台是海上石油天然气资源开发的基础设施。平台的有效振动控制已成为延长平台使用寿命、提高平台可靠性、改善平台工作人员的舒适感的重要措施。因此,如何减轻平台在各种载荷作用下的振动日趋重要。本文对ETMD（METMD）减振系统在海洋平台中的减振效果进行研究。第一,利用海洋平台上的设备和装置作为质量体构造ETMD减振系统。为分析ETMD减振系统的振动控制效果,将海洋平台和ETMD减振系统简化为二自由度系统进行研究。同时,引入振动控制效果评价指数作为减振效果评价指标,研究各个参数对振动控制效果的影响。结果表明,影响ETMD系统振动控制效果的参数有系统的阻尼比、固有频率比和质量比,各参数的取值不同,振动控制效果也不同。第二,为得到ETMD减振系统的最优参数,根据二自由度动力学方程,编写了MATLAB程序。得到最优振动控制效果下ETMD系统的参数及最优参数区间。第三,为提高ETMD减振系统的减振效果,在结构上设置多个不同的固有频率ETMD减振系统（METMD减振系统）,形成一个频率范围。提高了复杂载荷作用下平台的减振效果。首先把平台简化为单自由度系统（SDOF系统）,利用多个ETMD减振系统（METMD减振系统）进行振动控制,理论分析了S-METMD系统的频带宽度、阻尼比和ETMD数量三大因素对海洋平台振动控制效果的影响,并得到了最优参数。接着,把海洋平台简化为多自由度系统（MDOF系统）,研究METMD减振系统对平台的振动控制效果。对M-METMD系统进行了理论分析,得到了简化研究方法,为复杂系统的研究奠定了基础。最后,为验证ETMD减振系统对海洋平台的振动控制效果,利用时程分析法研究了平台在海浪和地震载荷作用下的振动响应。根据波浪阻力线性化理论推导出波浪载荷公式,利用Matlab编制程序,生成不同有效波高波浪随机载荷时程曲线来研究组合抗振海洋平台在恶劣海浪下的响应;选取El-centro、Taft和宁河三类典型地震波,根据8度罕遇地震的标准调整了加速度幅值,研究组合抗振海洋平台在三维地震载荷作用下的动态响应和振动情况。仿真结果表明,ETMD（METMD）减振系统能够有效的控制海洋平台的振动。总之,理论分析和仿真研究表明,ETMD（METMD）减振系统对海洋平台的振动具有显著的控制效果。根据满足固有频率相似条件的方法,设计的海洋平台模型能够满足相似条件,为下一步的研究奠定了基础。在后续研究中,将制造模拟平台,对ETMD减振系统在海洋平台控制中的应用做进一步的研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• CONTENTS
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 海洋平台振动控制研究状况
• 1.3 TMD结构振动控制的发展现状
• 1.3.1 TMD振动控制的演化
• 1.3.2 TMD振动控制的工程应用
• 1.4 课题主要研究内容
• 1.5 小结
• 第2章 海洋平台载荷分析
• 2.1 地震载荷
• 2.1.1 地震特性
• 2.1.2 设计地震
• 2.1.3 地震时程曲线
• 2.2 波浪载荷
• 2.2.1 波浪的分类
• 2.2.2 波浪力计算
• 2.3 流冰载荷
• 2.3.1 冰载荷分类
• 2.3.2 冰堆整体推移压力
• 2.3.3 流冰冲击力
• 2.4 风载荷
• 2.4.1 风的基本特性
• 2.4.2 风载荷计算
• 2.5 小结
• 第3章 ETMD减振系统控制效果分析
• 3.1 ETMD减振系统的构建
• 3.2 ETMD减振系统动力学模型
• 3.3 振动控制效果评价指数
• 3.4 评价指数的参数分析
• 3.5 最优参数及最优参数区间
• 3.6 小结
• 第4章 METMD减振系统控制效果分析
• 4.1 S-METMD多自由度系统减振原理分析
• 4.1.1 S-METMD多自由度系统模型建立
• 4.1.2 METMD减振系统的参数研究
• 4.2 M-METMD多自由度系统减振原理分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 海洋平台振动控制仿真研究
• 5.1 随机波浪载荷作用下海洋平台振动控制仿真研究
• 5.1.1 随机波浪载荷的时程曲线
• 5.1.2 振动控制仿真分析
• 5.2 地震载荷作用下海洋平台振动控制仿真研究
• 5.2.1 地震波选择
• 5.2.2 地震波调整
• 5.2.3 振动控制仿真分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 一、攻读硕士学位期间发表论文
• 二、科研项目
• 三、专利
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表