海洋平臺(tái)半主動(dòng)振動(dòng)控制方法及模型試驗(yàn)研究(新).ppt

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1、海洋平臺(tái)半主動(dòng)振動(dòng)控制方法及模型試驗(yàn)研究StudiesonSemi-activeVibrationControlMethodandModelExperimentofOffshorePlatforms答辯人：霍發(fā)力指導(dǎo)老師：吳立人教授嵇春艷副教授1江蘇科技大學(xué)霍發(fā)力2021/7/29滑移模態(tài)控制與模糊控制原理海洋平臺(tái)隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)分析隨機(jī)波浪荷載計(jì)算方法緒論磁流變阻尼器及半主動(dòng)式控制方法海洋平臺(tái)磁流變半主動(dòng)控制模型試驗(yàn)研究結(jié)論與展望2江蘇科技大學(xué)霍發(fā)力2021/7/29結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制技術(shù)研究與應(yīng)用論文研究?jī)?nèi)容任務(wù)海洋平臺(tái)振動(dòng)控制技術(shù)研究的意義及現(xiàn)狀1、緒論31.結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制技術(shù)研究與應(yīng)用（一）被動(dòng)控

2、制方法被動(dòng)控制方法是最早發(fā)展起來的結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制技術(shù)，已形成了較完整的體系。被動(dòng)控結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、易于維護(hù)且無需外加能源等優(yōu)點(diǎn)。但是，缺乏跟蹤和調(diào)節(jié)的能力，其控制效果一般依賴于外載荷的譜特性和結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性。（二）主動(dòng)控制主動(dòng)控制需要較大的外加能源才能夠提供所需的控制力，在地震等特別環(huán)境下，外加能源不能夠得到保證，而且也不能夠滿足社會(huì)提倡的節(jié)能要求。4江蘇科技大學(xué)霍發(fā)力2021/7/29（三）半主動(dòng)控制半主動(dòng)控制以被動(dòng)控制為主體,其控制原理與結(jié)構(gòu)主動(dòng)控制基本相同。它根據(jù)系統(tǒng)輸入的變化和對(duì)系統(tǒng)輸出的要求,實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中某些環(huán)節(jié)的剛度、慣性以及阻尼特性,從而使系統(tǒng)能獲得良好的振動(dòng)特性，只是實(shí)施控制

3、力的作動(dòng)器需要少量的能量調(diào)節(jié)以便使其主動(dòng)地甚至可以說巧妙地利用結(jié)構(gòu)振動(dòng)的往復(fù)相對(duì)變形或相對(duì)速度，盡可能地實(shí)現(xiàn)主動(dòng)最優(yōu)控制力。半主動(dòng)控制能夠運(yùn)用很少的外界能量實(shí)現(xiàn)接近主動(dòng)控制的效果，現(xiàn)在是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。5江蘇科技大學(xué)霍發(fā)力2021/7/292海洋平臺(tái)振動(dòng)控制技術(shù)研究的意義及現(xiàn)狀1.3.1海洋平臺(tái)振動(dòng)控制研究的意義(1)陸上資源的枯竭，海洋油氣資源得到國(guó)內(nèi)外的重視，海洋平臺(tái)數(shù)量劇增。(2)海洋平臺(tái)所處環(huán)境惡劣，而且隨著工作水深的增加，平臺(tái)振動(dòng)加劇，影響到平臺(tái)安全。(3)現(xiàn)在海洋平臺(tái)響應(yīng)已經(jīng)是評(píng)價(jià)安全性的指標(biāo)之一。1.3.2海洋平臺(tái)振動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展海洋平臺(tái)的振動(dòng)控制技術(shù)屬于前沿的研究方向，仍處

4、于理論探索階段，當(dāng)前的研究成果也十分有限。對(duì)平臺(tái)的振動(dòng)控制的試驗(yàn)研究國(guó)內(nèi)主要有：歐進(jìn)平、張紀(jì)綱等對(duì)冰和地震載荷作用下的振動(dòng)控制試驗(yàn)研究。對(duì)波浪載荷的研究主要在理論上，波浪載荷振動(dòng)控制水池試驗(yàn)國(guó)內(nèi)外還沒有。3論文研究?jī)?nèi)容任務(wù)(1)研究波浪力的數(shù)值模擬方法，以及海洋平臺(tái)動(dòng)力響應(yīng)特性。(2)研究模糊控制理論和滑移模態(tài)控制。(3)研究基于磁流變阻尼器的海洋平臺(tái)半主動(dòng)控制方法及數(shù)值模擬。(4)設(shè)計(jì)海洋平臺(tái)MRFD半主動(dòng)控制水池模型試驗(yàn)方案，及減振效果的數(shù)值模擬。(5)進(jìn)行水池模型試驗(yàn)。7江蘇科技大學(xué)霍發(fā)力2021/7/29引言隨機(jī)波浪力的確定隨機(jī)波浪理論線性波浪理論Morison方程2、隨機(jī)波浪荷載計(jì)算

5、方法8江蘇科技大學(xué)霍發(fā)力2021/7/292.2線性波浪理論認(rèn)為波動(dòng)面是水面呈簡(jiǎn)諧形式的起伏運(yùn)動(dòng)。水質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)是以平衡位置為圓心的圓周運(yùn)動(dòng)，即以圓頻率作簡(jiǎn)諧振動(dòng)。計(jì)算波浪中水質(zhì)點(diǎn)在水平和垂直方向的運(yùn)動(dòng)速度如下：2.3隨機(jī)波浪理論海洋中的波浪是隨機(jī)的，具有統(tǒng)計(jì)規(guī)律，隨機(jī)波浪理論是運(yùn)用概率統(tǒng)計(jì)原理對(duì)海浪進(jìn)行研究。9江蘇科技大學(xué)霍發(fā)力2021/7/29譜分析是闡明海浪的能量相對(duì)于波浪頻率或其它獨(dú)立變量分布規(guī)律，建立其函數(shù)關(guān)系。常見的波浪頻譜包括：P-M譜、JONSWAP譜、文氏譜、Wallops譜等，本文運(yùn)用JONSWAP譜計(jì)算波浪頻譜。大量經(jīng)驗(yàn)表明：JONSWAP譜和實(shí)測(cè)結(jié)果是吻合的，而且它可以適

6、用于不同成長(zhǎng)階段的風(fēng)浪，因此得到廣泛的應(yīng)用。用有效波高和峰值頻率表示如下：10江蘇科技大學(xué)霍發(fā)力2021/7/292.4Morison方程以繞流理論為基礎(chǔ)的半理論半經(jīng)驗(yàn)公式。通過一定的假定可以得到D/L<0.2時(shí)柱體上波浪力的計(jì)算公式如下：2.5隨機(jī)波浪力的確定(1)時(shí)域計(jì)算方法基于線性波浪理論，運(yùn)用Morison方程仿真波浪力可以得到：(2)頻域計(jì)算方法11江蘇科技大學(xué)霍發(fā)力2021/7/29引言數(shù)值算例振動(dòng)控制方程平臺(tái)振動(dòng)響應(yīng)3、海洋平臺(tái)隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)分析12江蘇科技大學(xué)霍發(fā)力2021/7/293.2振動(dòng)控制方程本文采用精度較高的有限元法來確定平臺(tái)振動(dòng)方程。海洋平臺(tái)運(yùn)動(dòng)方程可以表示為：3.3

7、平臺(tái)振動(dòng)響應(yīng)3.3.1時(shí)域分析常用的數(shù)值解法有威爾遜法、紐馬克法和中心差分法。3.3.2頻域分析可以求得平臺(tái)位移、速度和加速度的譜密度函數(shù)為：13江蘇科技大學(xué)霍發(fā)力2021/7/293.4數(shù)值算例模擬位于墨西哥灣海域一導(dǎo)管架海洋平臺(tái)，水深125m，水面處樁腿直徑為1.6米，海底處樁腿直徑為3米。該平臺(tái)共離散為390多個(gè)單元。根據(jù)當(dāng)?shù)睾Ｓ蚯闆r，選取JONSWAP譜來描述海況，波浪的周期為8s，有效波