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海洋平台隔振锥体应用研究

马盛俊  
【摘要】: 海洋平台结构是海洋石油天然气资源开发的基础性设施,在生产作业中长期处于恶劣的海洋环境中。随着海上油气资源的开发,冰激振动对海洋平台的威胁越来越大。合理的设计抗冰振的新型海洋平台和采取措施对海洋平台冰激振动进行控制己经成为当前急需解决的问题。降低平台的冰致振动响应大致有三个途径:一是提高平台结构的总体刚度,这样做显然会使平台加重而不满足经济性要求:二是对平台结构的冰致振动进行主动控制,但是此种方案在恶劣的海洋环境中很难实施并且不会降低海洋平台的总体成本:三是对平台结构进行减振和隔振控制,相对来说,此种方案是行之有效并且经济实用的。本文的研究工作就是建立在隔振技术基础之上的。 现场监测结果表明,海洋平台安装破冰锥可以消除冰致稳态振动现象,但冰激随机振动仍然存在,并对人员与设备产生一定的危害。本文首先简单对海洋平台加固定锥后冰激特点进行了概述,并引入冰力函数的概念,从冰力函数的特点来看,它是窄带的随机过程,可以看成冲击载荷。结合冲击隔振的理论,将抗冰锥体与隔振技术结合起来,设计了一种能实现冰荷载振源隔振的隔振锥,并阐述了隔振锥体的隔振原理。隔振锥体的设计包括刚度和阻尼两方面的问题。选择合理的刚度和阻尼就能使平台的响应明显的降低。通过MATLAB对海洋平台锥体隔振的力学模型和用ANSYS对GCP平台进行数值仿真,得到相同的结果,即:锥体的固有频率远离平台固有频率时,减振效果是最好的,但同时还要考虑锥体允许的最大位移情况。在众多的隔振器中,我们选择了叠层橡胶支座作为锥体隔振的隔振元件。因为叠层橡胶支座因其承载力大,水平刚度适中很适合用在锥体隔振上面。同时橡胶经防腐处理其耐久性和防腐能力也很高。 然后我们根据锥体冰力及平台结构动力特征,建立并分析了隔振锥体的力学模型。通过数值算例表明,合理的调整隔振锥参数,就能明显降低平台的响应。所以我们根据渤海实际平台锥体的冰力与结构参数,给出隔振锥的设计方案,使隔振锥从概念模型走向工程实际。


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