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【6h】

基于摇摆柱的海洋平台结构体系振动控制理论与试验研究

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摘要

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 结构振动控制的研究与应用

1.2.1 结构振动控制分类

1.2.2 被动控制

1.2.3 主动控制与半主动控制

1.2.4 摇摆墙结构体系的研究与发展

1.3 海洋平台结构振动控制的研究与应用

1.4 本文选题意义及课题来源

1.4.1 本文选题意义

1.4.2 本文课愿来源

1.5 本文主要研究内容

第2章 基于MTMD的海洋平台振动控制研究

2.1 引言

2.2 海洋平台介绍

2.2.1 海洋平台概况

2.2.2 海洋平台有限元模型

2.3 荷载工况

2.3.1 地震作用

2.3.2 冰荷载作用

2.4 MTMD减振布置方案

2.5 MTMD质量的影响

2.6 MTMD阻尼比的影响

2.7 TMD个数的影响

2.8 本章小结

第3章 基于摇摆柱的海洋平台结构体系性能研究

3.1 引言

3.2 摇摆柱减振方案及ANSYS有限元模型

3.3 摇摆柱体系减振效果初步分析

3.3.1 结果分析

3.3.2 小结

3.4 摇摆柱刚度优化分析

3.4.1 天津波作用下的结果分析

3.4.2 挤压冰作用下的结果分析

3.4.3 小结

3.5 海洋平台-摇摆柱之间刚性连接杆优化分析

3.5.1 连接杆刚度优化分析

3.5.2 连接杆数量的优化分析

3.5.3 小结

3.6 本章小结

第4章 连接杆铰接处安装粘弹性转角阻尼器抗振性能分析

4.1 引言

4.2 有限元模型

4.3 转角阻尼器参数设计

4.4 抗振性能分析

4.5 本章小结

第5章 基于TMD的海洋平台-摇摆柱体系性能研究

5.1 引言

5.2 ANSYS有限元模型

5.3 不同工况下结果分析

5.4 本章小结

第6章 基于摇摆柱的海洋平台结构体系试验研究与分析

6.1 引言

6.2 结构缩尺模型搭建

6.2.1 缩尺模型相似比

6.2.2 模型制作

6.3 摇摆柱减振方案的仿真分析与设计

6.4 基于摇摆柱的海洋平台模型冰激试验方案

6.4.1 试验内容

6.4.2 荷载工况

6.5 试验结果分析

6.6 试验仿真分析

6.7 本章小结

第7章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况

致谢

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摘要

海洋平台本身结构的复杂性及所处海洋环境的多变性使得海洋平台结构的振动控制问题变得十分重要。为满足不同灾害作用下平台结构对耐久性及安全性的正常使用要求,本文对施加MTMD的海洋平台进行动力分析,并主要研究新型基于摇摆柱体系的海洋平台结构体系的抗震与抗冰激性能,通过与传统纯钢桁架海洋平台结构比较得出这种新型结构体系的性能特点,并给出合适的设计建议。主要研究工作如下:
  1.针对JZ20-2海洋平台结构,提出将MTMD施加于海洋平台甲板上进行结构减振的新型措施。在充分了解平台结构特点、动力响应等特点的基础上,选用单向滑动式调谐质量阻尼器(TMD),利用多个调谐质量阻尼器(MTMD)通过并联形式与海洋平台结构相连,进行基于MTMD的海洋平台的参数优化研究。分析结果表明,MTMD对于控制海洋平台的振动反应有一定的抑制作用,但减振幅度有限,鲁棒性较差。
  2.针对JZ20-2海洋平台结构,提出新型基于摇摆柱的海洋平台结构体系,并对其各项性能做了有限元分析,包括摇摆柱自身质量、刚度等参数的优化。分析结果表明,这种新型摇摆柱结构形式可以对平台结构施加有效的控制,避免导管架变形集中的现象,提高海洋平台在海洋地震及冰激荷载作用下的耗能减振能力,并具有良好的鲁棒性;摇摆柱质量及刚度等参数对结构动力反应有较大影响,可以从分析结果与经济角度考虑,得出合理的优化范围。
  3.在新型基于摇摆柱的海洋平台结构体系的基础上,对海洋平台与摇摆柱之间的连接杆进行了不同布置方案及具体参数的设计优化工作。结果表明,连接杆对于海洋平台的减振效果有一定的影响,通过结果可以确定连接杆最优刚度及数量的理论值。
  4.提出一种新型的扇形转角位移阻尼器的形式,将其应用于基于摇摆柱的海洋平台结构体系中。在摇摆结构体系使平台结构各部位位移趋于一致的优势的基础上,还能通过粘弹性阻尼器在铰接点处的耗能原理,进一步消耗转动能量,有效减小海洋平台结构的瞬态动力反应。
  5.进一步提出基于TMD的海洋平台-摇摆柱结构,与分别施加摇摆柱结构、MTMD的海洋平台进行对比分析,结果表明施加摇摆柱结构和MTMD均可以有效降低平台结构在不同荷载作用下的动力反应,但基于TMD的海洋平台-摇摆柱结构与只施加摇摆柱的海洋平台减振效果相差无几。
  6.针对JZ20-2平台结构,按照1/10缩尺比例设计制作基于摇摆柱的海洋平台试验模型结构。设计合理的安装方案与加载方式,进行冰激荷载作用下的拟动力试验研究。试验结果进一步证实,摇摆柱对改善平台结构的破坏形态有一定影响,具有良好的减振性能。而且该措施能够使平台层间位移趋于一致,对平台结构的动力反应有较好的控制效果。

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