海洋工程学科前沿讲座材料.ppt

五、深海立管参激-涡激振动及疲劳研究 ●深海立管参激振动和涡激耦合振动立管疲劳累积损伤研究 考虑平台规则升沉和随机升沉运动，分别研究简谐参数激励-涡激振动疲劳以及随机参数激励-涡激振动疲劳特性。针对随机参数激励-涡激振动疲劳，考虑非线性振动响应的亚谐和超谐振动响应分量，研究立管振动响应的极值分布，随机参数激励振动对于立管疲劳累积损伤的影响，得到立管疲劳累积损伤特性，提出立管疲劳累积损伤分析方法。 5.4 研究目标 ●揭示立管随机振动失稳机理 给出海洋立管随机参数激励振动的动力学特性，揭示立管随机参数激励振动失稳的机理，提出深海立管振动失稳的判别条件。 ●揭示立管参数激励和涡激振动的失稳机理 给出参数激励振动和涡激振动相互作用的动力学特性，提出参数激励对于涡激振动的影响规律，揭示参数激励和涡激振动的失稳机理，给出立管振动失稳的判别方法。 五、深海立管参激-涡激振动及疲劳研究 ●参数激励和涡激振动疲劳寿命评估方法 综合考虑随机参数激励和涡激振动，揭示立管疲劳累积损伤机理，提出立管疲劳累积损伤计算和立管疲劳寿命的预报方法。 ●提出减小有害振动措施 综合考虑参激振动和涡激振动特性，针对TTRs立管，提出减小立管有害振动的方法，延长立管的有效服务期限。 5.5 关键问题 ●建立参激运动表达式的 由于立管上端与平台通过张紧器连接，如何把平台运动转化为立管上端的准确边界运动条件和立管随机参数激励的表达式。 ●建立平台升沉运动的长期概率分布 为了在涡激振动疲劳分析中考虑随机参数激励振动影响，建立平台升沉运动的长期概率分布。 五、深海立管参激-涡激振动及疲劳研究 5.6 理论研究技术路线及主要方法 5.6.1技术路线 5.6.2 采用的理论与方法 立管参数激励振动研究 参数激励与涡激联合振动研究 立管损伤与疲劳分析方法研究 立管参激振动模型试验 （1）总的理论与方法 理论分析+编程数值计算+商业软件计算+模型实验。 五、深海立管参激-涡激振动及疲劳研究 （2）基本理论 理论分析方法： ●非线性动力学理论，包括方程建立，求解析解，稳定性分析，编程直接求解动力学方程，伽辽金解法。 ●随机振动理论：随机微分方程的求解，计算均方根位移响应，模态位移的概率密度函数。 ●结构损伤与疲劳理论：确定应力分布模型及疲劳载荷谱，短期响应预报，疲劳寿命分析。 六、SPAR平台参激运动特性及稳定性研究 6.1 深水Spar平台的发展 第一代：经典（CLASSIC）SPAR平台； 第二代：桁架式(TRUSS) SPAR平台 第三代：多柱式（CELL） SPAR平台 六、SPAR平台参激运动特性及稳定性研究 6.2 深水SPAR平台的结构形式主要性能 6.2.1经典SPAR 主要运动性能有主体决定。主体为直径20-30米、高200米左右的圆筒。影响运动的主要参数包括：重心高、浮心高、稳心高。由于纵荡周期很大，一般不会发生纵荡共振，但是对于低频波浪（长峰波）敏感，低频波浪会引起大幅运动。此外，垂荡和纵摇耦合运动，发生Mathieu失稳。特点是对于水深不敏感，此外主体发生涡激振动也是要关注的问题，主体螺旋侧板可以抑制涡激振动发生，但是螺旋侧板的设计是需要探讨的问题。 六、SPAR平台参激运动特性及稳定性研究 6.2.2Truss SPAR（桁架式）平台 该类型平台主体尺度为经典平台0.5-0.35倍，增加了立柱和垂荡板。与经典平台水动力和运动方面的区别是： ● 垂荡板部分增加了垂荡阻尼，垂荡运动减小显著，平台运动稳定性提高。 ● 由于水下结构为桁架，降低了流体的拖曳载荷，主要是洋流载荷，从而水平运动可以减小。 ● 垂荡板部分显著增大了附连水质量，拉长垂荡运动固有周期，减少了与波浪频率发生共振的可能性。 ● 垂荡板一般都伸出桁架式主体的边沿，可以抑制旋涡的生成，涡激振动响应减小。 ● 对低频波浪响应不象经典平台那么剧烈，所以封闭式主体排水量允许减小。 六、SPAR平台参激运动特性及稳定性研究 6.2.3多柱式（Cell） Spar平台 ● 主体上部由6个圆柱围绕一个中心圆柱组成，主体下部为桁架式结构。 ● 上部各个单柱可以单独加工、运输和安装，制造、运输和安装难度小、方便。 ● 上部多柱部分结构安装螺旋侧板，可以减小涡激振动响应。 ● 垂荡板安装在圆柱腿上，具有较大垂荡附加质量和阻尼，低频运动小。 ● 主体上部多柱结构安装侧板可以有效降低涡激振动，但是侧板的形式和安装方法需要进一步研究。 ● 施工安装过程运输方便，可以单柱运输和安装。 六、SPAR平台参激运动特性及稳定性研究 6.3 深海SPAR平台的参激运动 6.3.1 平台自身的运动特性 ●纵荡运动、垂荡运