李宇生[1]2003年在《基于变刚度TMD的海洋平台振动控制》文中提出本文在分析结构振动控制研究发展及现状的基础上，提出一种新的变刚度半主动控制方法并设计了一种新型变刚度调谐质量阻尼器。先以随机波面特征信息为输入，优化控制器各参数，研究本控制装置对平台在随机波浪载荷作用下的振动控制效果。计算表明，本控制装置对由随机波浪载荷引起的平台振动有一定的控制效果，对平台甲板加速度响应的控制效果最高可达29％，其平均效果也在21％以上，甲板的位移响应也能得到一定的抑制。在此基础上，本文针对平台所处位置的特殊性，提出以平台甲板加速度响应谱为输入优化控制装置的最佳刚度。经过多组数据的计算、分析、总结，本文提出了一种简便的控制器最佳刚度优化方法。此方法在不降低控制器效果的前提下简化了优化程序，提高了运算速度，更有利于平台振动的实时控制，实现控制系统对结构振动的最优控制。计算结果表明，以平台甲板加速度信号为输入，控制装置在优化程序处理所得最优参数状态下对平台甲板加速度响应的控制效果可达20％以上。根据理论分析结果，本文后面又针对一个近海平台的实验模型给出了该模型在模拟波浪载荷作用下的振动控制系统设计方案，并进行了系统设计，用于将来的实验模型振动控制实验，以验证文中所设计变刚度调谐质量阻尼器对由波浪载荷引起的平台振动的控制效果。
刘玲[2]2005年在《基于变刚度TMD的海洋平台振动控制虚拟实现》文中认为海洋平台结构是海洋油气资源开发的基础性设施,是海上生产作业和生活的基地。在风浪流等动载荷的作用下,有可能产生过大的振动响应,因此将结构振动控制理论和方法应用于海洋工程当中是非常必要的。在海洋工程中应用虚拟样机技术具有非常现实的意义,可缩短研究周期、节约研究费用、提高研究质量。 本文以一实际平台结构为研究对象,在考虑实际应用和工程条件要求的前提下,设计一种新型变刚度调谐质量阻尼器(VSTMD),并对控制装置的振动控制效果进行了研究。在充分了解CⅡ海洋平台结构特点和环境特征的前提下,首先建立该平台的有限元模型,分析其模态特性及其在随机波浪载荷作用下的动力响应,确定结构y方向为主振动方向,为振动控制指明方向。然后根据平台结构参数、动力响应、载荷特点设计了控制装置主要参数,并提出切实可行的控制方案及完整的控制系统。在此基础上,使用多种软件对该控制器的控制效果进行了联合仿真,首先建立海洋平台的柔性体模型并验证了模型的正确性,通过一定的约束关系将控制器模型添加到平台甲板上,建立控制系统模型并进行机电一体化仿真。仿真结果表明,该控制装置对由随机波浪力引起的平台振动有良好的控制效果,平台甲板的位移响应均方根差下降了23.02%,加速度响应均方根差下降了26.51%,支撑移动位移均方根差为0.0612m在允许范围内。在确定控制装置有效的基础上,对控制装置的安装位置进行了分析研究,为物理样机的设计、制造、调试和安装提供了依据。
周小波[3]2012年在《人行桥TMD半主动控制试验研究》文中提出随着科学技术的高速发展，以及人们生活水平的不断提高，人们对交通方式的选择越来越多，这给交通带来了前所未有的通畅压力，为了确保人车的安全及畅通，城市人行桥得到了高速发展。然而，现代人行桥在高强材料、结构体系创新以及工艺水平不断提高的情况下，正朝着大跨、轻质、纤细而柔软的方向发展，变得越来越轻柔、大跨、低阻尼化，频率接近于人行走的频率，由此而引发了一系列人行桥的振动问题。对于大跨、轻柔的人行桥，桥上人群的大幅变化通常会引起人行桥频率的改变，以致人行桥在不同人群下引发不同频率状态下的共振。传统TMD在人群大幅变化下，减振控制效果明显减弱，深入研究由于人群大幅变化而引起人行桥振动的控制成为亟需解决的问题。为此，本文从试验的角度研究了变刚度TMD在人行桥模型由于桥面质量的改变而引发桥梁模态频率改变的振动控制问题，其主要研究工作如下：1、结合传统TMD的工作原理，探讨了常规TMD的动力特性，并基于Matlab遗传算法建立了考虑主系统阻尼的有阻尼TMD参数优化模型，同时利用Matlab遗传算法研究了考虑主系统阻尼的有阻尼TMD振动控制的最优化设计问题。2、提出变刚度TMD和变质量TMD对结构实施半主动控制的设计思想，同时利用Matlab遗传算法分别对变刚度TMD和变质量TMD的参数优化问题作了相关的理论研究，得出了变刚度TMD和变质量TMD对结构振动控制的实用设计方法，并设计了变刚度TMD。3、基于变刚度TMD工作原理的可行性，建立了人行桥模型-变刚度TMD-Dspace控制系统，并试验研究了变刚度TMD对人行桥模型的振动控制效果，从试验的角度得出了变刚度TMD对结构实施减振控制的可行性；接着，利用有限元技术对试验模型进行了相应的仿真分析。4、总结本文研究成果，提出工程应用中变刚度TMD优化设计方法。
苏锐[4]2015年在《基于摇摆柱的海洋平台结构体系振动控制理论与试验研究》文中指出海洋平台本身结构的复杂性及所处海洋环境的多变性使得海洋平台结构的振动控制问题变得十分重要。为满足不同灾害作用下平台结构对耐久性及安全性的正常使用要求,本文对施加MTMD的海洋平台进行动力分析,并主要研究新型基于摇摆柱体系的海洋平台结构体系的抗震与抗冰激性能,通过与传统纯钢桁架海洋平台结构比较得出这种新型结构体系的性能特点,并给出合适的设计建议。主要研究工作如下:1.针对JZ20-2海洋平台结构,提出将MTMD施加于海洋平台甲板上进行结构减振的新型措施。在充分了解平台结构特点、动力响应等特点的基础上,选用单向滑动式调谐质量阻尼器(TMD),利用多个调谐质量阻尼器(MTMD)通过并联形式与海洋平台结构相连,进行基于MTMD的海洋平台的参数优化研究。分析结果表明,MTMD对于控制海洋平台的振动反应有一定的抑制作用,但减振幅度有限,鲁棒性较差。2.针对JZ20-2海洋平台结构,提出新型基于摇摆柱的海洋平台结构体系,并对其各项性能做了有限元分析,包括摇摆柱自身质量、刚度等参数的优化。分析结果表明,这种新型摇摆柱结构形式可以对平台结构施加有效的控制,避免导管架变形集中的现象,提高海洋平台在海洋地震及冰激荷载作用下的耗能减振能力,并具有良好的鲁棒性;摇摆柱质量及刚度等参数对结构动力反应有较大影响,可以从分析结果与经济角度考虑,得出合理的优化范围。3.在新型基于摇摆柱的海洋平台结构体系的基础上,对海洋平台与摇摆柱之间的连接杆进行了不同布置方案及具体参数的设计优化工作。结果表明,连接杆对于海洋平台的减振效果有一定的影响,通过结果可以确定连接杆最优刚度及数量的理论值。4.提出一种新型的扇形转角位移阻尼器的形式,将其应用于基于摇摆柱的海洋平台结构体系中。在摇摆结构体系使平台结构各部位位移趋于一致的优势的基础上,还能通过粘弹性阻尼器在铰接点处的耗能原理,进一步消耗转动能量,有效减小海洋平台结构的瞬态动力反应。5.进一步提出基于TMD的海洋平台-摇摆柱结构,与分别施加摇摆柱结构、MTMD的海洋平台进行对比分析,结果表明施加摇摆柱结构和MTMD均可以有效降低平台结构在不同荷载作用下的动力反应,但基于TMD的海洋平台-摇摆柱结构与只施加摇摆柱的海洋平台减振效果相差无几。6.针对JZ20-2平台结构,按照1/10缩尺比例设计制作基于摇摆柱的海洋平台试验模型结构。设计合理的安装方案与加载方式,进行冰激荷载作用下的拟动力试验研究。试验结果进一步证实,摇摆柱对改善平台结构的破坏形态有一定影响,具有良好的减振性能。而且该措施能够使平台层间位移趋于一致,对平台结构的动力反应有较好的控制效果。
李宁[5]2012年在《随机波浪载荷下海洋平台的振动控制技术研究》文中研究表明海洋平台工作在比较恶劣的海洋环境中，受到风、浪、流等各种载荷的作用，存在着明显而持续的振动。平台的振动会加剧结构的疲劳破坏，降低系统可靠性，影响生产和工作人员的安全舒适。随着我国海洋工程的发展，采取一定措施减轻海洋平台的振动已日趋重要。基于此研究背景，本文旨在提出相应的控制策略来降低海洋平台在随机浪载荷下的振动响应。本文系统地总结了海洋平台振动控制的方法，对其研究背景及意义、国内外的研究进展和工程应用进行了阐述，指出了目前存在的问题和研究方向。在随机波浪理论的基础上描述海浪模型，根据小振幅波理论采用Morsion方程计算波浪力，并运用谱分析的方法得到波浪力谱,通过数值仿真计算海洋平台的动力响应。在传统TMD被动控制的基础上引入状态反馈，运用极点配置法确定反馈增益K,从而进一步减小海洋平台的振动控制。分析磁流变阻尼器的工作原理和性能，建立磁流变阻尼器的恢复力力学模型。基于随机最优理论的LQG控制算法得到海洋平台的最优控制力，采用磁流变阻尼器作为系统的作动器，根据半主动控制策略，磁流变阻尼器输出的控制力与最优控制力进行比较计算，得到半主动控制力，实现对海洋平台的变阻尼半主动控制。编写了相应的MATLAB程序，通过数值计算仿真，研究了不同的控制策略对海洋平台的减振控制效果。数值计算分析表明：随机波浪作用下的海洋平台存在着明显的振动；TMD被动控制可通过吸收平台的振动能量，实现降低海洋平台振动响应的目的，但只能实现单一频率上的控制，且减振幅值受到限制；对海洋平台—TMD系统引入状态反馈，可实现对结构响应的实时预测和跟踪，进一步减小结构的振动响应，并实现全频域上的控制，并与单纯的主动控制相比，可节约大量能量，具有更经济合理的优点；磁流变（MR）阻尼器可通过调节磁场，改变自身输出的阻尼力，且具有能耗小、出力大、响应快、装置简单可靠的优点，是理想的半主动控制元件；基于LQG算法的磁流变半主动控制，求解最优控制力时，仅需测量加速度即可实现反馈，简单易行，避免了最优控制中所需的全状态反馈，可减少传感器的使用数目，并且考虑了测量中存在的随机噪声，系统具有较好的鲁棒性；磁流变半主动控制不需要外界输入大量的能量，时滞小，虽然控制力由结构响应被动产生，但可通过磁场强度进行调整，控制效果较被动控制要好，更易实施更加经济，具有较好的研究和应用价值。
陆建辉[6]2004年在《随机波浪载荷激励下海洋平台振动控制技术研究》文中提出随着我国近海油气资源的开采，工程设施的建设急需一套实时检测／监测、预警和控制等技术安全保障措施，海洋平台的振动控制技术研究正是适于这种需要提出的。近年来，岸上结构振动控制技术得到迅速发展，但对海上结构而言，这一方面的研究成果甚少。本文针对某海洋平台的振动治理工程，以平台振动控制为主线，进行海洋平台振动控制等相关技术研究，主要包括以下几个方面内容： 海洋平台结构系统参数辨识 包括模态参数辨识和物理参数辨识；研究利用环境激励技术对平台动力参数进行辨识，数值模拟表明对低阶模态参数辨识有较高精度。建立剪切型结构模型物理参数识别递推公式，阐明了利用完整结构模态信息和非完整信息进行辨识的差异，指出引起误差的原因。 结构振动控制模型 结构振动控制需要精确的系统数学模型，同时控制的实时性要求系统的模型阶数不能过高。采用动力减缩技术，得到适于振动控制研究的平台减缩模态，在随机环境载荷激励下，减缩模型与有限元模型两者位移响应具有较好一致性。 平台振动测试数据分析 分析海洋平台测量数据，得到平台基频的漂移性及其量值，结合数值分析结果阐明引起过度振动的原因，为平台振动治理提供依据。 平台振动粘弹性阻尼控制 根据CII平台所处海域环境条件，采用粘弹性阻尼振动控制技术，对阻尼器在实际平台上的安装位置、振动控制效果等作了评价。对所设计的粘弹性阻尼器，平台顶层甲板位移均方根差下降32.3％，加速度均方根差下降38.9％。 基于TMD的变刚度主动振动控制技术 建立基于TMD变刚度半主动振动控制实施技术路线、控制策略等，设计VSTMD控制系统，考虑了保证VSTMD装置长期有效、可靠工作的作动器校正措施；采用一次强风暴波面实测数据模拟长期非平稳波浪载荷，评价所设计的VSTMD装置对海洋平台振动控制的有效性。在一次风暴潮过程中，安装VSTMD后，平台上甲板位移均方根差最多下降50％，平均下降30.2％。
肖宇维, 孙树民[7]2012年在《海洋平台结构振动控制研究综述》文中研究表明海洋平台结构的振动将会影响工作人员的身心健康,导致结构疲劳和破坏,降低平台的实用性、生存性以及可操作性,给海上油气顺利开采带来一系列的威胁。本文主要对海洋平台结构振动控制的研究和应用现状做了简要的介绍,并重点介绍了被动控制、主动控制以及半主动控制技术。最后提出了海洋平台结构振动控制存在的一些问题。
肖宇维[8]2013年在《轻型TLP垂向振动的磁流变阻尼器半主动控制研究》文中进行了进一步梳理随着陆地上石油资源的日益枯竭，海上石油的开采越来越受到各国的重视，海上石油的产量所占的比例也越来越高。TLP（“Tension Leg Platform”，张力腿平台），是一种适应于深海作业，性能优良的海洋平台，其具有如下优势：1、适用水深范围为200-2500米。2、可使用干井口，适用于采油平台。3、安装维护费用较低。本文在相关研究进展的基础上，提出适用于浅海的轻型TLP，这种轻型TLP，造价相对导管架平台更加低廉，且可重复使用。TLP具有半顺应半刚性的结构特性，其平面内的运动（横荡、纵荡、艏摇）为顺应性，平面外的运动（横摇、纵摇、垂荡）则近似刚性。应用于深水的TLP，其垂直方向的运动周期较短，为2-4秒，而轻型TLP垂向运动周期更短。TLP的这种结构特点，产生了一些其他海洋平台所不具备或不常见的运动响应，如高频垂向振动springing（弹振）和ringing（鸣振）。TLP的这种垂向运动响应，很容易造成平台本体以及张力腿的疲劳和损伤，必须要加以研究和控制。磁流变液（magneto-rheological fluid，MRF）是一种智能材料，它能够在强磁场的作用下从牛顿流体变化为粘塑性流体。用磁流变液制作的耗能器具有能耗低、出力大、响应速度快、结构简单、阻尼力连续可调及价格便宜，并可方便地与微机控制结合等优良特点。研究表明，恰当的安装磁流变阻尼器控制效果比被动控制效果好，甚至可以超过主动控制的效果。本文拟采用磁流变阻尼器(magneto-rheological fluid damper，MR阻尼器)对轻型TLP的垂向振动进行半主动控制。首先利用多体水动力软件AQWA软件，计算平台在频域下的一阶、二阶波浪力和水动力参数，然后通过MATLAB语言编写程序，利用AQWA所求出的水动力参数进行频域到时域下的转换，对平台的垂向波浪响应进行数值计算。选取线性二次型(LQR)经典最优控制算法和限界Hrovat半主动最优控制算法，通过对安装了磁流变阻尼器的TLP的垂向半主动控制进行数值模拟，并与采用LQR算法的主动控制以及未安装任何控制装置的无控状态进行对比，以考察其控制效果。
陆建辉, 赵增奎, 李宇生, 刘玲[9]2004年在《非平稳随机载荷下海洋平台振动半主动控制》文中进行了进一步梳理提出了一种新的变刚度半主动控制方法 ,采用短时波面特征信息和开环控制策略 ,由波面特征信息通控制器实时改变TMD的刚度 ,以达到对系统最优状态的跟踪 ,克服信号处理系统和作动器的延时可能带来的系统稳定性问题。将一次风暴潮强非平稳过程描述成许多短时的平稳过程 ,分别以平台上甲板位移、加速度响应最小作为控制作动器优化目标 ,优化得到控制装置刚度变化的时域过程 ,实现TMD变刚度对海洋平台甲板加速度及位移的振动控制。在平台顶部甲板安装半主动控制装置后 ,平台甲板的加速度标准偏差平均降低 2 1%。这种半主动控制装置既有主动控制效果好、适用范围广的性质 ,又有被动控制装置造价较低、可靠性高的特点
张力[10]2008年在《导管架海洋平台冰激振动控制的实验研究》文中指出本文工作是结合国家“十五·863”高技术研究发展计划-新型平台抗冰振技术项目(项目编号:2001AA602015)完成的。针对我国渤海冰区边际油田的现役抗冰导管架平台的冰激振动,通过比较不同的减振策略,选择合理、有效、可行的减振装置对现役平台进行减振控制,并试图通过对柔性抗冰平台的冰激振动减振研究,为大型复杂柔性结构在环境荷载作用下的振动减振研究提供一套新的思路和途径。本文研究内容主要包括以下几方面:第一章介绍了本文研究的背景、意义,对柔性结构在环境荷载作用下的振动及其减振策略进行概括,主要对柔性抗冰导管架平台的冰激振动及其相关研究现状进行阐述。第二章以渤海抗冰导管架平台作为研究对象。借助于抗冰平台现场监测对抗冰平台的结构特点、冰荷载特性以及平台的冰激振动响应特性进行分析,进一步明确了抗冰平台冰激振动危害以及对抗冰平台采取冰激振动减振措施的必要性。基于现场原型监测的冰荷载及冰激振动分析是开展抗冰平台减振的基础。第叁章介绍了当前土木工程应用中较成熟的减振策略,如耗能减振、端部隔振以及动力吸振等减振策略在海洋平台冰激振动减振中应用的可行性。基于现场原型监测,认为采用调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper-TMD)对现役抗冰平台进行冰激振动减振是较优的选择。本章同时对TMD的参数优化、不同外激励作用下TMD减振效果进行了分析。第四章针对目前土木工程应用中TMD减振效果无法准确评估的问题,依据TMD的减振机理并基于TMD与结构相互作用位置产生对结构的作用力的实质提出的时域相位分析方法。该方法区别于以往在频域或采用附加阻尼的宏观效果评价方法,为从机理上研究TMD减振效果提供了参考。第五章主要研究TMD在抗冰平台冰激振动减振中应用的可行性。研制了可应用于实际抗冰平台减振的大比尺、单向、滑动式TMD装置,并对该装置的概念设计及详细设计进行介绍。同时针对该减振装置进行实验研究,建立了一套可对大型复杂结构进行减振、控振实验研究的半仿真实验系统(Semi-Simulation experimental testing system)。该实验系统由仿真部分和物理部分组成。仿真部分为实测响应数据(或通过计算机中建立的数学模型计算得到的结构响应)通过计算机控制的伺服作动器系统输出:物理部分为实物减振装置。该实验系统的建立为大型复杂结构的减振、控振实验研究提供了参考,该系统具有较大的实际工程意义。第六章介绍了一种用于测试TMD装置等效作用力的测量方法。TMD减振机理和要依靠装置运动过程中对结构产生的作用力,然而针对该作用力的测试和研究还不多。本章在研究TMD装置在海洋平台冰激振动减振效果时,提出了一种可以直接测量结构安装TMD装置时产生的作用力,并通过实验验证了该等效作用力测试的准确性。利用该测试系统检验了冰荷载作用下TMD对抗冰平台减振的减振效果,结果表明TMD能有效降低平台的动力响应。第七章提出了一种用于测量调谐液体阻尼器(Tuned Liquid Damper-TLD)等效阻尼力的测试方法。利用该方法可以实时测量TLD液体水箱晃动过程中对结构产生的作用力,从而解决了由于液体晃动剧烈时的强烈非线性而无法采用理论计算得到TLD对结构作用力计算的难题。为了从机理上研究TLD的减振效果并为实际应用中TLD减振效果评估提供依据,从TLD基本晃动特性分析出发,对设计制作的小比尺TLD减振装置进行共振情况下等效阻尼力的识别。第八章基于海洋平台结构复杂、某些物理参数不确定等因素,考虑系统参数不确定性影响的H_∞控制方法对海洋平台的冰激振动进行主动控制研究。导管架平台动力学模型的自由度数较多,但研究表明平台的振动主要集中在前几阶模态,甚至是第一阶模态起主导作用。本文采用模态空间平衡降阶法对平台动力学模型进行降阶,进而构造了H_∞控制器和H_∞模态观测器,并利用主动质量阻尼器(Active Mass Damper-AMD)作为控制装置对抗冰平台的冰激振动进行仿真分析。最后,对全文工作进行总结,并提出了需要进一步研究的内容。
参考文献：
[1]. 基于变刚度TMD的海洋平台振动控制[D]. 李宇生. 中国海洋大学. 2003
[2]. 基于变刚度TMD的海洋平台振动控制虚拟实现[D]. 刘玲. 中国海洋大学. 2005
[3]. 人行桥TMD半主动控制试验研究[D]. 周小波. 湖南科技大学. 2012
[4]. 基于摇摆柱的海洋平台结构体系振动控制理论与试验研究[D]. 苏锐. 青岛理工大学. 2015
[5]. 随机波浪载荷下海洋平台的振动控制技术研究[D]. 李宁. 中国海洋大学. 2012
[6]. 随机波浪载荷激励下海洋平台振动控制技术研究[D]. 陆建辉. 中国海洋大学. 2004
[7]. 海洋平台结构振动控制研究综述[J]. 肖宇维, 孙树民. 广东造船. 2012
[8]. 轻型TLP垂向振动的磁流变阻尼器半主动控制研究[D]. 肖宇维. 华南理工大学. 2013
[9]. 非平稳随机载荷下海洋平台振动半主动控制[J]. 陆建辉, 赵增奎, 李宇生, 刘玲. 振动与冲击. 2004
[10]. 导管架海洋平台冰激振动控制的实验研究[D]. 张力. 大连理工大学. 2008
标签：海洋学论文; 资源科学论文; 阻尼器论文; 刚度论文; 振动平台论文; 阻尼振动论文; 振动试验论文; 阻尼作用论文; 振动频率论文;