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冰、风激励下海洋平台结构的非线性动力学和弛振分析

金栋平  
【摘要】:本文借助非线性动力学理论来研究海洋平台系统在冰、风激励下的分叉问题和其复杂动力学行为,本论文工作有以下几个方面: (1) 建立了新的冰激结构振动模型。冰对结构的作用表现为冰的变形和破碎两个阶段,具有间隙非线性特性。考虑到这个特性,我们利用非线性分析方法建立了非线性的冰——结构相互作用的动力学模型,从理论上阐明,冰激柔性结构的振动是一种多频干扰、自激和强迫振动系统,并研究了实验中观察到的锁频现象的机理,得到的冰力计算公式可用于海洋工程结构的设计计算。 (2) 研究了滞后非线性系统的特性。采用Davidcnkov模型来描述材料的滞后非线性,用奇异性理论得到了此类系统的新的动力学行为。这部分工作对此类系统动态控制提供了理论依据。 (3) 建立了四腿柱平台结构的偏微分动力学方程。应用Hamilton原理并考虑到平台结构受到冰载的作用,得到了这个大系统的非线性动力学模型,通过Laplace变换给出了扭转振型。这个模型为弄清受载后平台的动力特性提供了准确的分析途径。 (4) 研究了冰激海洋平台系统的非线性动力现象。摄动分析表明此系统存在多种组合共振,其固有频率与模型平台实测结果相符。在主参数共振条件下,我们讨论了在不同振动类型(自激、锁定、强迫)下它的非线性动力学现象,计算结果说明在某冰速范围内模型平台将产生跳跃性的剧烈振动,这与现场观察到的冰激平台共振的现象一致。这部分工作揭示了冰激平台振动的机理,因此为海洋平台结构系统的非线性动力学分析建立了一个合理的力学模型。 (5) 建立了两自由度平台结构驰振振动方程,用MSIHB方法导出Normal Form,详细分析了平台结构的驰振响应和分叉,指出了系统由T~3环面破裂走向混沌运动的道路。 另外,在第六章,将MSIHB方法应用于两对纯虚根情况,得到了比IHB方法更简洁的结果。


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1 金栋平;冰、风激励下海洋平台结构的非线性动力学和弛振分析[D];天津大学;1995年
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