海洋结构动力学相关知识.ppt

11.2.1 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*21.2.1 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31.2.1 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 *41.2.1 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*51.2.2 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 *61.2.2 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71.2.3 浮式平台TLP平台、Spar平台、半潜式平台 *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 *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*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。

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 *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13Spar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*14Spar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*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°*16Spar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17Spar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18Spar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*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)*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 *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23Transitional Page*24Your Main Topic Goes Here• Your subtopic goes here*25Backdrops:- These are full sized backdrops, just scale them up!- Can be Copy-Pasted out of Templates for use anywhere!Title BackdropSlide BackdropPrint B。