海洋顺应式结构的非线性动力响应分析.pdf

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1、第29卷第4期Vo1．29No．4工程力学2012年4月Apr．2012ENGINEERINGMECHANICS文章编号：1000—4750(2012)04—0231-06海洋顺应式结构的非线性动力响应分析沈纪苹，杨骁2f1．上海市应用数学和力学研究所，上海200072；2上海大学土木工程系，上海200072)摘要：将海洋平台中顺应式结构简化为底端具有线弹性扭转弹簧约束，顶端附有集中质量块的水中柔性梁。采用连续介质力学方法，应用大挠度理论建立了梁的非线性耦合运动控制方程和边界条件。应用Morison方程给出了流体力的表达式。运用有限差分法和RungeKutta法得到了方程数值解

2、。分析了梁在各种激励下的非线性振动特性，以及拖拽系数对梁振动的影响，并对大挠度理论下非线性梁与横截面转角近似下非线性梁及线性梁三种梁的振动响应进行了比较。关键词：柔性梁；大挠度；非线性耦合；有限差分法；主共振；亚谐共振；超谐共振中图分类号：O322；TV312文献标志码：AANALYSISOFNONLINEARDYNAMICBEHAVIoRSoFACoMPLIANTSTRUCTURESHENJi—ping，YANGXiao(1．ShanghaiInstituteofAppliedMathematicsandMechanics，Shanghai，200072，China；2．De

3、partmentofCivilEngineering，Shan曲aiUniversity，Shanghai200072，China)Abstract：Acompliantstructureintheoceanenvironmentismodeledasabeamsuppoaedbyalinear—elastictorsionalspringatthebaseandaRachedamasspointatthefreeend．Usingthemethodofcontinuummechanicsandonthebasisoflargedeflections，thenonlinearl

4、ycoupledequationsofmotionandboundaryconditionsarederived．Thefluidforcesaremodeledusingasemi—empiricalMorisonequation．TheforcedvibrationsareanalyzedthroughthefinitedifferenceapproachandRunge-Kuttamethod．Theinfluencesofdragcoeficientsonthevibrationsarestudied．Thecomparisonbetweentheresultsofth

5、enonlinearstructuresbothwithanaccurateangleandanapproximateangleandthatofalinearstructurearealsomade．Keywords：compliantbeam；largedeflection；nonlinearlycoupled；thefinitedifferenceapproach；principalresonance；subharmonicresonance；ultraharmonicresonance海洋顺应式结构一般用于对深海油气资源的模型的则更少_1引。顺应式结构顺应于环境载荷，开

6、采，它们在海洋环境作用下，水平运动响应突出，将其竖直结构简化为浸入水中的柔性梁更为合理。几何非线性影响显著。研究设计这类顺应式结构，Han和BenaroyaIJ利用Hamilton原理，考虑横向并探讨分析其在环境荷载作用下的运动响应，对海与轴向运动耦合，研究了顺应式结构的非线性自由洋工程具有重要的学术价值和实际意义_JJ。振动与受迫振动以及随机波浪力作用下平台的线现有研究资料表明，研究顺应式结构的动力响性与非线性动力响应。谢文会和唐友刚【】2J采用伽辽应时，一般将其竖直结构简化为无质量的弹簧结构金方法计算波浪作用下计入弹性变形铰接塔平台或刚体】，很少将其视为弹性体，即使使用弹性

7、的非线性动力响应。杨骁和徐小辉L13]将单腿铰接塔体也一般使用有限元分析L7J，而使用经典连续体平台简化为浸入流体的自由端处具有集中质量块收稿日期：2010．07．12；修改日期：2011-04—25基金项目：国家自然科学基金项目(10872124／A020601)；上海市重点学科建设项目(Y0103)；上海市自然科学基金项目(06ZR140371通讯作者：沈纪苹(1980-)，女，江苏苏州人，讲师，博士，从事固体力学、非线性振动研究(E-mail：sjptl07@126．com)．作者简介