随机波浪荷载作用下海洋平台的前馈-反馈振动控制研究

该文研究线性前馈 -反馈控制策略对海洋平台振动控制的有效性。线性前馈 -反馈控制只有当输入荷载为白噪声过程时 ,所实施的控制才是最优的 ,因此该文采用一白噪声过程通过滤波器来近似随机波浪力谱 ,并将海洋平台 -主动控制系统的动力学方程转化为符合随机最优控制要求的增广状态空间表达形式。依据设计目标中对安全性以及经济性的权衡 ,通过使二次型控制目标函数最小化 ,推导出了随机最优控制力的计算方法 ,从而实现了最优控制的目的。在频率域上分析了海洋平台受控后的振动响应 ,结合典型的海洋天然气生产平台算例 ,将前馈 -反馈控制与反馈控制、TMD控制加以比较 ,总结了前馈 -反馈控制的特点及其优越性     

考虑随机波浪载荷的导管架平台结构优化设计

研究海洋平台适应恶劣海况的设计理论,应用ANSYS软件对位于渤海湾的CII导管架海洋平台进行动力分析,得到CII平台基本动力学参数和在随机波浪载荷作用下的动力响应。CII平台是以管件为主的空间框架结构,将管件外径作为固定约束,以其壁厚作为设计变量,考虑刚度、强度和稳定性等约束条件,以结构的总重量为优化目标,对平台进行构件尺寸的优化设计,计算结果表明目标函数值比原设计减小4．33％,经济效益明显。此研究方法对近海导管架海洋平台的结构设计具有实际参考价值。     

基于非线性能量阱的半潜式平台垂荡响应抑制研究

半潜式平台由于吃水浅、水线面小导致垂荡响应较大,为采油树的选择以及钻井、采油等作业带来了许多制约因素,增加维护和作业成本。针对这一问题,本文提出了一种带有非线性能量阱(Nonlinear energy sink, NES)的半潜式平台结构。根据NES减振原理,将活动式垂荡板作为NES系统的具体结构,通过建立带有NES系统的半潜式平台动力学模型,以减小平台垂荡响应为目标,优化设计了NES系统参数。考虑海况变化问题,对NES系统和调谐质量阻尼器(Tuned mass damper, TMD)系统的垂荡响应抑制性能、系统能量传递进行了对比分析。结果表明：NES系统对半潜式平台的垂荡响应具有明显抑制效果,NES系统的共振俘获现象可以使平台与其发生靶能量传递(Targeted energy transfer, TET),同TMD系统相比,NES系统对不同海况波浪谱峰周期变化的鲁棒性更强。     

海洋石油平台TMD振动控制及参数优化

研究了随机波浪载荷作用下调谐质量阻尼器（ＴＭＤ）对桩基钢结构海洋平台的减振效果,采用谱分析法对ＴＭＤ参数进行优化,优化ＴＭＤ 使平台的位移响应标准偏差比无ＴＭＤ下降１２．４％ 。并研究了ＴＭＤ参数在优化域内的失调对响应的影响,ＴＭＤ刚度失调比阻尼失调要敏感,欠阻尼失调比过阻尼失调要敏感。从振害累积概念出发,对谐激励下ＳＤＯＦ－ ＴＭＤ的Ｒａｎｄａｌｌ参数优化方法提出了改进。     

随机波浪作用下海洋平台主动控制的时滞补偿研究

基于预测控制理论，研究了适用于海洋平台的时滞补偿控制算法。该方法借助于随机波浪力的近似公式和卡尔曼滤波原理，推导出了随机波浪力向前一步预测公式，同时采用卡尔曼滤波方程，实现了对状态向量向前一步预测。利用随机波浪力及状态向量的实时在线预测公式，推导出最优控制力向前一步预测的表达式。在此基础上，发展了不仅适用于反馈控制系统而且适用于前馈-反馈控制系统的时滞补偿算法。采用一典型海洋平台为数值算例，计算结果表明，该方法在一定时滞范围内对海洋平台主动控制中时滞的补偿效果是显著的。     

基于实测的导管架海洋平台振动对人员安全评价

目前我国的海洋工程结构中,导管架式海洋平台占有很大比重,动荷载作用下导管架式海洋平台的振动问题日益突出。随着石油开发向深海进军,平台结构柔性更大,振动问题更为显著,可能对结构、设备及人员造成一定的安全隐患。基于现场监测获得的导管架平台振动响应,结合相关规范给出振动对人体的影响,提出人员感受评价流程。最后,以渤海、南海海域的导管架平台为例,基于现场监测,分析了结构的振动特性及作业人员在相应振动环境下的感受。此方法对导管架平台上部作业人员的工作与安全保障提供了科学依据。     

海洋导管架平台抗震可靠性分析方法

以渤海湾的两座典型海洋导管架平台为研究对象,运用非线性逐步破坏分析方法,提出了在环境荷载作用下海洋导管架平台结构抗震可靠性的分析方法,并计算了相应的可靠度.计算与分析结果表明,本例的海洋导管架平台的抗震可靠度较大,即失效概率很小,而且该分析方法是一种较为简单、实用和可靠的分析方法.     

在建导管架平台圆管风致涡激振动及减振研究

研究了大型导管架平台卧式建造时出现单边约束圆管的风致涡激振动问题。将建造过程中单边约束的导管架圆管简化成悬臂梁模型,采用van der Pol尾流振子模型模拟圆管受到的流体力,建立了圆管风致涡激振动动力学方程。使用伽辽金方法对建立的运动方程进行求解,数值分析了圆管在特定约化风速下的涡激振动特性。在圆管上附加非线性能量阱(NES)作为被动减振装置对圆管进行减振,并采用粒子群优化算法对NES的非线性刚度和阻尼参数进行了优化。结果表明,在约化速度为4.8时,得到的NES优化的非线性刚度和阻尼参数组合可以有效减小悬臂梁自由端风致涡激振动位移。本研究说明采用NES和粒子群优化算法可以有效减小圆管的风致涡激振动,为导管架安全建造提供一定的参考。     

渤海导管架平台的冰激振动响应分析

为研究渤海海域海冰撞击导管架海洋平台的冰振响应,基于锥体冰力函数,本文建立了渤海海域的冰力作用模型。采用ANSYS有限元软件对导管架平台与海冰的相互作用进行数值模拟,开展了海冰作用下抗冰平台的静力分析及平台动力响应分析。通过与静力分析结果对比,验证了动冰力对结构响应的动力放大效应。在此基础上通过改变冰厚、冰速等海冰参数,研究了不同冰力作用周期下导管架平台的冰振响应。研究表明,海冰厚度及海冰流动速度是影响平台动力响应的主要因素,为导管架平台结构的动力优化设计提供了研究基础。     

锥体导管架海洋平台冰激结构振动响应分析

渤海冰区油气开发中,在桩腿上安装抗冰锥体的导管架平台是最常见的结构形式.冰激结构振动不仅会造成平台结构的损伤,还将对平台上部管线和设备的安全运行构成极大的威胁,并影响平台作业人员的正常生活和生产操作.针对渤海冰区锥体平台结构冰激振动响应的三种计算方法进行了研究,即平台结构的有限元分析、简化的结构动力分析和冰振响应幅值统计分析.以辽东湾JZ20-2油气田的MUQ平台为例,对以上三种冰振响应计算方法进行对比,以讨论它们的一致性和各自的适用条件.结果表明,这三种分析方法的计算结果基本一致,但有些计算参数需要现场实测资料的确定.     

单点系泊海洋导管架平台结构体系可靠性分析

采用非线性逐步倒塌分析方法,考虑桩-土-结构的非线性相互作用,研究了单点系泊海洋导管架平台在极端荷载作用下的承载能力计算模型,在此基础上结合蒙特卡洛随机抽样法,提出了单点系泊海洋导管架平台结构体系可靠度计算方法。最后对工程实例BZ28-1SPM单点系?白海洋导管架平台结构在20年设计基准期和50年重现期进行了体系可靠性分析：研究结果表明：用50年重现期的环境荷载参数来进行BZ28-1SPM单点系泊海洋导管架平台结构的设计是合理的;在环境荷载中起主导作用的是由波浪引起的系泊力;在海洋平台结构的设计及对已服役平台结构的评估中运用体系可靠度理论,可以为海洋平台结构的设计、维护和评估提供理论依据。     

具有非线性能量阱的双层隔振系统抗冲击分析

近年来,非线性能量阱(NES)以其宽频减振、鲁棒性好等优点被广泛应用于隔振抗冲领域。 针对船舶隔振装置受到冲击载荷作用,建立了具有非线性能量阱的双层隔振系统动力学模型。利用三折线冲击谱来模拟基座受到的冲击波,并通过 Runge-Kutta 法计算系统的瞬态响应。通过能量分析法讨论了非线性刚度、阻尼系数、附加质量对设备的抗冲击效果的影响。计算结果表明：非线性能量阱性能良好,在最优参数范围内,可显著降低设备的冲击能量,控制残余振动。     

海洋导管架平台随机响应混合分析方法

采用将结构的解析分析和数值求解方法相结合的固定式海洋平台随机响应混合求解方法，考虑波浪－结构相互作用和基于最小二乘法原理的非线性曳力的影响。采取两个步骤，第一步进行与结构有关的特征值分析；第二基于谱方程进行响应估计，进行海洋平台的线性和非线性数值分析。     

极端荷载作用下海洋导管架平台体系可靠度分析

采用非线性倒塌分析方法，考虑桩－土－结构的非线性相互作用，研究了导管架平台在极端荷载作用下承载能力的计算模型，分析了平台结构体系在极端荷载作用下的全倒塌全过程，在此基础上，结合蒙特卡洛法，提出了海洋导管架平台结构的体系可靠度计算方法。最后对工程实例－涠11－4C海洋平台的结构进行了体系可靠性分析，并对比分析了不同的荷载效应计算公式对计算经的影响，研究表明计算经满足工程设计要求，便于工程应用。     

极端波浪对海洋导管架平台的作用及其模型试验研究

通过极端波浪对海洋导管架平台作用力的模型试验,对极端波浪的作用进行了探讨。首先在常规波浪力计算公式的基础上,提出了极端波浪作用下的简易计算方法,并结合国外相应研究成果,提出了三个简易计算表达式;在对模型试验数据的分析基础上,给出了上述三个简易计算公式中的系数,从而得到极端波浪作用下的波浪力计算表达式。     

桩基导管架平台的非线性分析

本文对渤海八号桩基导管架平台进行了非线性倒塌的分析，分别给出了导管架平台八倍固支计算模型和考虑桩土非线性计算模型的结构倒塌极限载荷及倒塌破坏过程     

海洋导管架平台的极限强度分析

海洋导管架平台的极限分析是一项较新的研究课题，随着海上采油事业的飞速发展，它已越来越受到海洋工程设计及维修部门的重视。其研究成果不仅能用于设计结构的应力校核，尚可用于现有平台结构的整体安全估算。本文利用非线性模拟技术及线性分析程序的完美结合。成功地分析计算了受集中哉茶作用的空间框架结构，及受静载荷和环境载荷作用下的真实导管架平台极限强度。     

海洋平台磁流变阻尼器半主动控制研究

基于现代最优控制理论建立海洋平台磁流变 (MR)半主动控制系统的数学模型 ,采用白噪声过程通过滤波器来近似随机波浪力谱。以典型导管架平台为算例 ,对磁流变阻尼器进行了参数设计。分析了 MR阻尼器对海洋平台振动控制的有效性 ,仿真结果表明 ,采用磁流变阻尼器对海洋平台进行半主动控制能够有效的减小平台的动态响应。     

地震作用下的导管架海洋平台结构动力优化设计研究

把导管架海洋平台看作钢框架结构，并把优化方法用于结构的抗震设计中；以结构的总重量最小为优化目标，导管的平均直径和壁厚作为设计变量，考虑强度、刚度和稳定等约束条件。通过渤海BZ28—1油田储油平台为例进行了计算，计算结果表明，此方法对海洋平台的设计具有一定的参考意义。     

非灌浆导管架平台异常振动的测试分析及故障诊断

通过对平台在风浪作用下的振动测试分析,发现了直立式非灌浆桩腿导管架平台在海底冲刷条件下发生异常振动的原因是导管架与桩之间存在较大的相对运动,以至于在风浪较大时发生碰撞。因而,结构的动力特性和动态响应都与设计结果不一致。在非极值海况条件下,平台的振动超出了设计预测值,并提出了治理和设计建议。