隨機荷載作用下海洋柔性結構非線性振動響應分析方法.pdf

1、現(xiàn)代結構正不斷地向高(深)、輕、大這三個方向發(fā)展,結構形式由原來的剛性結構轉變?yōu)槿嵝越Y構.特別是在海洋工程領域,隨著油氣資源開發(fā)向深海進軍,海洋平臺結構形式也由淺水的固定式向深水順應式轉變.如何正確分析柔性結構的隨機振動響應是一個急待解決的課題.論文圍繞這一課題,建立了柔性結構非線性隨機振動響應分析方法,并將其應用于深海柔性張力腿平臺結構和海底懸跨管道的隨機振動分析中.本文主要包括以下幾個方面的內(nèi)容: 1.柔性結構等效非線性系統(tǒng)

2、建立方法的研究.論文通過模態(tài)分析,把多自由度物理系統(tǒng)轉化為容易求解的模態(tài)坐標系統(tǒng),給出了基于模態(tài)坐標組合的等效非線性系統(tǒng)方程形式.結合有限元分析方法,按照特定的求解模式,確定等效非線性系統(tǒng)中的未知參數(shù),將隱式特征的幾何非線性系統(tǒng)表示為顯式的等效非線性系統(tǒng),為柔性結構的隨機振動響應分析奠定基礎. 2.柔性結構非線性隨機振動響應分析方法的研究.在已確定的等效非線性系統(tǒng)的基礎上,運用隨機等效線性化技術建立了柔性結構幾何非線性隨機振動響

3、應分析方法.虛擬激勵和精細時程積分法的引入,去除了原有經(jīng)典譜分析方法只能求解平穩(wěn)隨機激勵的限制,且大幅度提高了計算效率,便于實際工程中對多自由度結構體系進行計算分析. 3.柔性結構非線性隨機振動響應分析軟件的編制.由于論文建立的分析方法涉及大量的復雜計算,為了便于該方法的推廣應用,在理論分析的基礎上,編制了柔性結構非線性隨機振動響應分析軟件GNRV(Geometrically NonlinearRandom Vibration

4、Analysis).應用該軟件,使多自由度實際工程柔性結構的非線性隨機振動響應分析成為可能. 4.深海柔性張力腿平臺結構隨機響應和振動舒適性的研究.深海張力腿平臺作為典型的柔性結構,考慮其柔性特征,建立了相應的隨機振動響應分析方法. 在響應分析的基礎上結合振動煩惱率模型,提出了柔性平臺結構振動舒適度評估方法.結合某深海新型張力腿(mini TLP)平臺的設計參數(shù),計算了結構的隨機何勇:隨機荷載作用下海洋柔性結構非線性振動

5、響應分析方法響應,結果和試驗實測值較為接近,進一步驗證了方法的準確性.并比較了線性和非線性計算結果的差異,分析了水深、波高、波向、張力腿張力和不同波浪譜模型等參數(shù)的敏感性. 5.海底懸跨管道隨機振動響應及其疲勞壽命可靠性的研究.海底懸跨管道渦激振動是管道失效的主要模式,當懸跨長度達到一定程度后管道表現(xiàn)出柔性結構特征.論文根據(jù)我國渤海某管道的設計參數(shù)和環(huán)境資料,考慮幾何非線性因素的影響,分析了懸跨管道的渦激振動和疲勞可靠性.并分析