海洋平台半主动振动控制方法及模型试验研究(新).ppt

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1、海洋平台半主动振动控制方法及模型试验研究StudiesonSemi-activeVibrationControlMethodandModelExperimentofOffshorePlatforms答辩人：霍发力指导老师：吴立人教授嵇春艳副教授1江苏科技大学霍发力2021/7/29滑移模态控制与模糊控制原理海洋平台随机振动响应分析随机波浪荷载计算方法绪论磁流变阻尼器及半主动式控制方法海洋平台磁流变半主动控制模型试验研究结论与展望2江苏科技大学霍发力2021/7/29结构振动控制技术研究与应用论文研究内容任务海洋平台振动控制技术研究的意义及现状1、绪论31.结构振动控制技术研究与应用（一）被动控

2、制方法被动控制方法是最早发展起来的结构振动控制技术，已形成了较完整的体系。被动控结构简单、造价低、易于维护且无需外加能源等优点。但是，缺乏跟踪和调节的能力，其控制效果一般依赖于外载荷的谱特性和结构的动态特性。（二）主动控制主动控制需要较大的外加能源才能够提供所需的控制力，在地震等特别环境下，外加能源不能够得到保证，而且也不能够满足社会提倡的节能要求。4江苏科技大学霍发力2021/7/29（三）半主动控制半主动控制以被动控制为主体,其控制原理与结构主动控制基本相同。它根据系统输入的变化和对系统输出的要求,实时调节系统中某些环节的刚度、惯性以及阻尼特性,从而使系统能获得良好的振动特性，只是实施控制

3、力的作动器需要少量的能量调节以便使其主动地甚至可以说巧妙地利用结构振动的往复相对变形或相对速度，尽可能地实现主动最优控制力。半主动控制能够运用很少的外界能量实现接近主动控制的效果，现在是国内外研究的热点。5江苏科技大学霍发力2021/7/292海洋平台振动控制技术研究的意义及现状1.3.1海洋平台振动控制研究的意义(1)陆上资源的枯竭，海洋油气资源得到国内外的重视，海洋平台数量剧增。(2)海洋平台所处环境恶劣，而且随着工作水深的增加，平台振动加剧，影响到平台安全。(3)现在海洋平台响应已经是评价安全性的指标之一。1.3.2海洋平台振动控制技术的发展海洋平台的振动控制技术属于前沿的研究方向，仍处

4、于理论探索阶段，当前的研究成果也十分有限。对平台的振动控制的试验研究国内主要有：欧进平、张纪纲等对冰和地震载荷作用下的振动控制试验研究。对波浪载荷的研究主要在理论上，波浪载荷振动控制水池试验国内外还没有。3论文研究内容任务(1)研究波浪力的数值模拟方法，以及海洋平台动力响应特性。(2)研究模糊控制理论和滑移模态控制。(3)研究基于磁流变阻尼器的海洋平台半主动控制方法及数值模拟。(4)设计海洋平台MRFD半主动控制水池模型试验方案，及减振效果的数值模拟。(5)进行水池模型试验。7江苏科技大学霍发力2021/7/29引言随机波浪力的确定随机波浪理论线性波浪理论Morison方程2、随机波浪荷载计算

5、方法8江苏科技大学霍发力2021/7/292.2线性波浪理论认为波动面是水面呈简谐形式的起伏运动。水质点的运动是以平衡位置为圆心的圆周运动，即以圆频率作简谐振动。计算波浪中水质点在水平和垂直方向的运动速度如下：2.3随机波浪理论海洋中的波浪是随机的，具有统计规律，随机波浪理论是运用概率统计原理对海浪进行研究。9江苏科技大学霍发力2021/7/29谱分析是阐明海浪的能量相对于波浪频率或其它独立变量分布规律，建立其函数关系。常见的波浪频谱包括：P-M谱、JONSWAP谱、文氏谱、Wallops谱等，本文运用JONSWAP谱计算波浪频谱。大量经验表明：JONSWAP谱和实测结果是吻合的，而且它可以适

6、用于不同成长阶段的风浪，因此得到广泛的应用。用有效波高和峰值频率表示如下：10江苏科技大学霍发力2021/7/292.4Morison方程以绕流理论为基础的半理论半经验公式。通过一定的假定可以得到D/L<0.2时柱体上波浪力的计算公式如下：2.5随机波浪力的确定(1)时域计算方法基于线性波浪理论，运用Morison方程仿真波浪力可以得到：(2)频域计算方法11江苏科技大学霍发力2021/7/29引言数值算例振动控制方程平台振动响应3、海洋平台随机振动响应分析12江苏科技大学霍发力2021/7/293.2振动控制方程本文采用精度较高的有限元法来确定平台振动方程。海洋平台运动方程可以表示为：3.3

7、平台振动响应3.3.1时域分析常用的数值解法有威尔逊法、纽马克法和中心差分法。3.3.2频域分析可以求得平台位移、速度和加速度的谱密度函数为：13江苏科技大学霍发力2021/7/293.4数值算例模拟位于墨西哥湾海域一导管架海洋平台，水深125m，水面处桩腿直径为1.6米，海底处桩腿直径为3米。该平台共离散为390多个单元。根据当地海域情况，选取JONSWAP谱来描述海况，波浪的周期为8s，有效波