海洋結(jié)構(gòu)動力學(xué)相關(guān)知識.ppt

2019/7/16,1,1.2.1 固定式平臺和活動式平臺 1.2.2 順應(yīng)式平臺 1.2.3 浮式平臺,1.2 海洋平臺構(gòu)造及有關(guān)動力學(xué)問題,2019/7/16,2,1.2.1 固定式平臺和活動式平臺,小于400m水深的海域,固定式平臺,混凝土重力式平臺,導(dǎo)管架平臺,通過自身的重量維持 合適的垂直位置,管狀樁腿，插入土壤一定深度， 以支持平臺結(jié)構(gòu)和作業(yè)模塊的 重量。 固有彎曲頻率或基本彎曲頻率 大約是0.17赫茲。 振動的主要形式是彎曲振動。,2019/7/16,3,1.2.1 固定式平臺和活動式平臺,用于勘探石油的自升式鉆井平臺也可稱為活動式平臺。 有3到6根樁腿支承，樁腿有鋼管式和桁架式兩種結(jié)構(gòu)。,站立狀態(tài),拖航狀態(tài),每根樁腿固定于海底的鋼質(zhì) 沉墊上，可以使平臺結(jié)構(gòu)穩(wěn) 定并且減少樁腿插入海底的 深度。 平臺的船體在海底以上的高 度可達到100米。,樁腿從海底拔出，并且收進 船體的低部，減少拖航過程 的阻力。,2019/7/16,4,1.2.1 固定式平臺和活動式平臺,共同的結(jié)構(gòu)特征,上部生產(chǎn)結(jié)構(gòu)模塊達到數(shù)數(shù)千噸，遠大于支撐結(jié)構(gòu)的重量。,結(jié)構(gòu)高度方向的尺寸大于水平方向的尺寸。,主要的振動形式為彎曲振動。,共同的振動特點,慣性力,恢復(fù)剛度,動力載荷,重要的動力學(xué)問題,在100m 以上水深作業(yè)時，波流聯(lián)合引起的動力響應(yīng)。,上部作業(yè)模塊的質(zhì)量,取決于支撐結(jié)構(gòu),風(fēng)、浪、流、海冰、地震載荷,2019/7/16,5,1.2.2 順應(yīng)式平臺,牽索塔平臺,桁架式塔架,鋼纜,加重鏈,海底錨,連接到海底基礎(chǔ)上的纜索,工作水深可達到400米 桁架結(jié)構(gòu)減輕了結(jié)構(gòu)重 量，減小了慣性力； 減小了風(fēng)、浪、流等流 體載荷。,在水面以下25米處，塔結(jié)構(gòu)四周 對稱地系上20根鋼纜；,每根鋼纜向下延伸約1000米，與 一根在海底錨固的加重鏈相連。,在正常天氣或小風(fēng)暴情況下，鋼纜作為一堅硬的彈簧，提供 平臺搖擺運動的恢復(fù)力。,在大風(fēng)暴和颶風(fēng)等惡劣的氣象條件下，鋼纜變得相對柔軟以 使結(jié)構(gòu)順應(yīng)風(fēng)浪流載荷的作用。當(dāng)平臺搖擺的幅值增大時， 同時增大的還有加重海底鏈提離海底的高度，這樣就增大了 平臺的回復(fù)力使平臺適應(yīng)風(fēng)暴載荷。,2019/7/16,6,1.2.2 順應(yīng)式平臺,鉸接塔平臺的組成,鉸接塔平臺的動力學(xué)問題,塔柱、海底基礎(chǔ)、萬向接頭、浮力艙、壓載艙,該類型結(jié)構(gòu)的固有頻率遠低于那些具有高幅值的波浪頻 率，一般不會發(fā)生搖擺共振。,非線性的流體動力載荷,運動幅值跳躍、失穩(wěn),平臺生產(chǎn)功能喪失,對于大長細比塔柱結(jié)構(gòu)，需要考慮彈性變形研究塔柱的 運動和塔柱動強度問題。,2019/7/16,7,1.2.3 浮式平臺,TLP平臺、Spar平臺、半潛式平臺,2019/7/16,8,張力腿平臺結(jié)構(gòu)形式,平臺上體 立柱（含橫撐和斜撐） 下體（浮箱） 張力腿系泊系統(tǒng) 錨固基礎(chǔ),2019/7/16,9,平臺上體 立柱（含橫撐和斜撐） 下體（浮箱） 張力腿系泊系統(tǒng) 錨固基礎(chǔ),張力腿平臺結(jié)構(gòu)形式,作業(yè)裝備和生活艙室,提供給平臺主體必要的結(jié)構(gòu)剛度,提供浮力,提供預(yù)張力，提高系索剛度,固定張力腿下端,2019/7/16,10,張力腿平臺受力和運動特點,浮力遠大于自身重力 浮力=自重+張力腿的預(yù)張力 使張力腿時刻處于受張拉的繃緊狀態(tài)，顯著提高了系索的剛度 平臺平面外的運動（橫搖、縱搖和垂蕩）較小，近似于剛性 浮筒所受水平方向波浪力較大 通過張力腿在平面內(nèi)呈現(xiàn)柔性，較大的環(huán)境載荷通過慣性力來平衡,張力腿平臺為半順應(yīng)半剛性結(jié)構(gòu)形式。,2019/7/16,11,張力腿平臺運動的固有周期,整個結(jié)構(gòu)的頻率跨越波浪的一階頻率譜兩端，可以避免結(jié)構(gòu)和海浪能量集中的頻率發(fā)生共振。,2019/7/16,12,張力腿平臺的動力學(xué)問題,波浪差頻載荷是緩慢變化的力，與張力腿平臺水平面內(nèi)固有長周期運動的頻率接近，誘發(fā)水平面內(nèi)的大幅共振運動。 紊流風(fēng)的激振頻率也在該頻率范圍，加劇平臺的慢漂運動。 波浪的高頻分量和高頻水動力會引起的平臺水平面外平臺的彈跳振動（Spring或者Ringing）。 高度約1000m的張力腿，承受波流聯(lián)合作用，發(fā)生非線性渦激振動，出現(xiàn)亞諧振動和組合共振響應(yīng)。 考慮來自張力腿的預(yù)張力和動態(tài)張力，張力腿承受橫向波流載荷和軸向激振力，發(fā)生參數(shù)激勵振動，是導(dǎo)致張力腿結(jié)構(gòu)的大幅振動和失穩(wěn)的重要原因。,2019/7/16,13,Spar平臺的組成,平 臺 本 體,系 泊 系 統(tǒng),平 臺 主 體,平 臺 上 體,主 體 外 殼,浮 力 系 統(tǒng),中 央 井,立 管 系 統(tǒng),Spar平臺,2019/7/16,14,Spar平臺的組成,平 臺 本 體,系 泊 系 統(tǒng),平 臺 主 體,平 臺 上 體,主 體 外 殼,浮 力 系 統(tǒng),中 央 井,立 管 系 統(tǒng),Spar平臺,鏈-鋼纜-鏈結(jié)構(gòu),聚酯纖維纜,2019/7/16,15,垂蕩運動 縱蕩橫蕩 縱搖橫搖 首搖 渦激振動,Spar平臺的動力學(xué)問題,無自身回復(fù)力,無自身回復(fù)力,首搖激勵力很小,可以忽略不計,半張緊系統(tǒng)，水平剛度大,位置漂移比較小,4%水深,小于6%水深,回復(fù)力矩由重力和浮力形成的力偶決定,運動性能的要求通常來自于立管和頂層模塊的設(shè)計,10,2019/7/16,16,Spar平臺垂蕩運動,垂向剛度 凈水壓力產(chǎn)生回復(fù)力，主要取決于水線面的面積。 系泊系統(tǒng)拉力的垂向分力與之相比可忽略不計。 外部激勵力 長周期涌浪的外部激勵力。 運動響應(yīng) 共振情況下，垂蕩響應(yīng)會急劇增大， 并會產(chǎn)生縱搖耦合運動。 改善措施 螺旋側(cè)板和垂蕩板。,2019/7/16,17,Spar平臺渦激振動,漩渦自主體上周期性脫落,周期激振力,渦激振動、渦激運動,鎖定效應(yīng),共振,很大應(yīng)力、系泊和立管的疲勞損害,減少整個平臺的疲勞壽命,螺旋側(cè)板,螺旋側(cè)板和垂蕩板結(jié)構(gòu)水動力特性研究也是Spar平臺 需要研究的重要問題。,2019/7/16,18,Spar平臺的固有周期,參數(shù)激勵運動,縱搖運動幅值增大,運動失穩(wěn),動張力突變,平臺系索張力分析屬于強非線性動力學(xué)問題，包括： 載荷非線性、 纜索分段結(jié)構(gòu)剛度非線性、 材料本構(gòu)關(guān)系非線性、 系泊纜交替松弛張緊引起的復(fù)原剛度非線性。,2019/7/16,19,針對深水平臺的結(jié)構(gòu)特征，可以歸納為如下動力學(xué)問題：,一階波頻響應(yīng) 二階差頻及和頻響應(yīng) 柔性構(gòu)件(系索、立管等)的動力特性,修正的Morison公式,輻射繞射方法,小尺度結(jié)構(gòu),大尺度結(jié)構(gòu),2019/7/16,20,針對深水平臺的結(jié)構(gòu)特征，可以歸納為如下動力學(xué)問題：,一階波頻響應(yīng) 二階差頻及和頻響應(yīng) 柔性構(gòu)件(系索、立管等)的動力特性,修正的Morison公式,輻射繞射方法,小尺度結(jié)構(gòu),大尺度結(jié)構(gòu),平均漂移、長周期慢漂(差頻運動)、 高頻響應(yīng)的彈振（Springing）(和頻運動) 、高階脈沖力(Ringing),2019/7/16,21,針對深水平臺的結(jié)構(gòu)特征，可以歸納為如下動力學(xué)問題：,一階波頻響應(yīng) 二階差頻及和頻響應(yīng) 柔性構(gòu)件(系索、立管等)的動力特性,修正的Morison公式,輻射繞射方法,小尺度結(jié)構(gòu),大尺度結(jié)構(gòu),平均漂移、長周期慢漂(差頻運動)、 高頻響應(yīng)的彈振（Springing）(和頻運動) 、高階脈沖力(Ringing),波流作用下的渦激振動、系索系統(tǒng)與平臺主體的耦合分析， 主要是極限承載能力、疲勞斷裂可靠性等,2019/7/16,22,二、半潛式結(jié)構(gòu),平臺本體、立柱和下體或浮箱組成,半潛式平臺由于下體都浸沒在水中， 其橫搖與縱搖的幅值一般很小， 有較大影響的是垂蕩運動。 因此，運動分析主要預(yù)報結(jié)構(gòu)的垂蕩運動。,2019/7/16,23,Transitional Page,2019/7/16,24,Your Main Topic Goes Here,Your subtopic goes here,2019/7/16,25,Backdrops: - These a