冰激振动

摘要： 随着海上风电在环渤海地区不断发展,冰激振动响应为当前环渤海地区海上风机面临的重要问题.基于海上风机一体化数值分析软件,对浮冰作用下单桩海上风机动力学响应展开研究.重点探究单桩风机塔基以及泥面线处载荷动力响应变化规律,研究不同冰载数值模型、冰厚以及冰速对单桩海上风机动力响应影响,开展抗冰锥结构下单桩海上风机动力响应影响规律.结果表明:不同冰载数值计算模型下的计算结果差别较大,采用Matlock双齿模型计算出的塔基载荷以及泥面线载荷最大,分别为无浮冰作用的2.2倍与1.3倍;单桩海上风机动力响应随冰厚增加而增加,冰速变化对单桩海上风机结构荷载影响不明显;采用抗冰锥措施后,作用于单桩海上风机的冰荷载显著降低,极大降低单桩风机塔基以及泥面线位置处的剪力与弯矩,塔基位置处剪力与弯矩的最大值分别为无抗冰锥结构的82%与95%.同时抗冰锥结构可极大降低作用结构上的冰荷载,其冰载最大值与标准差分别为不采用抗冰锥结构的5%与7%.

摘要： 本文使用有限元软件Ls-dyna,建立有限元船体模型和冰体模型,模拟冰区运输船在层冰区进行破冰航行的过程,计算出船体船肩局部结构冰激振动响应。随后为抗冰激振动,在船体船肩使用了I型、V型、X型和四边蜂窝型4种夹层板结构进行局部结构加强。分别计算出由4种夹层板结构强化后船体局部结构的振动加速度时程曲线,处理数据后,进行数据对比,计算出3个方向上的减幅,并分析对比这4种夹层板结构在3个方向上的减振减幅效果,为极地冰区运输船的抗冰激振动局部结构强化提供量化的减振参数,再结合经济性选出最合适的抗冰激振动减振方案。

摘要： 冰激结构频率锁定振动是冰区海洋工程结构的危险工况.对频率锁定振动过程的传统机理解释没有体现这一过程的全部物理特征,导致现有的分析方法无法准确分析这一问题.本文基于对现场测量结果的分析,提出了一种海冰韧性损伤--破碎过程与结构振动耦合导致频率锁定振动的机理.该机理认为,海冰在直立结构频率锁定振动过程中发生韧性损伤-破碎行为,海冰的韧性损伤--破碎与结构运动相位耦合,导致了频率锁定振动.海冰对结构作用产生的载荷为锯齿形,作用过程可以分为加载和卸载两个阶段,其中加载阶段时间长度约为卸载阶段3倍以上.在加载阶段,结构从平衡位置先与海冰运动方向相反振动到反向最大振幅位置后回摆,然后与海冰同向运动到正向最大振幅位置,这段过程中海冰与结构接触部位内部产生裂纹并扩展但未发生主要的破碎,在此阶段海冰发生韧性损伤;在卸载阶段,结构从最大振幅位置向平衡位置回摆,结构与海冰运动方向相反,这一过程中应变速率的突然增大导致裂纹加速扩展并失稳开裂,此时带有韧性损伤的海冰发生破碎.基于这一新的机理解释,本文提出了一种冰激结构频率锁定振动幅值的简单分析方法.该方法认为海冰破碎长度是频率锁定振动的关键参数.理想状态下,海冰破碎长度约为结构水线处振动幅值的2.2倍.当冰速接近海冰破碎长度与结构自振周期的比值时,结构会发生频率锁定振动.该方法对评估海洋工程结构频率锁定振动的发生概率及疲劳损伤具有指导意义.

摘要： 冰载荷是海上风机在寒区安全运行的重要影响因素之一,由其引发的冰激振动给风机结构带来了严重的危害.本文通过离散元(discrete element method,DEM)--有限元(finite element method,FEM)耦合方法建立了寒区单桩式风机结构的冰激振动模型.采用具有粘结--破碎性能的球体离散单元描述平整海冰损伤破坏行为,采用梁单元和三角形平板壳单元构造带有抗冰锥体的单桩式风机有限元模型.采用DEM-FEM耦合方法模拟不同冰速、冰厚条件下单桩式风机与平整冰相互作用过程,并且与IEC规范和ISO标准经验公式对比验证该耦合模型计算冰载荷的准确性.对比风机塔筒顶端和基础顶端的位移和加速度响应时程,定性地给出风机结构不同部位振动响应行为差异性.风机不同部位动力特性差异原因为风机结构独特结构特点:下部为大刚度桩基和上部为高柔度塔筒,使其动力特征表现为主从式结构特性."主--从式结构"特征使得结构在复杂的冰载荷作用下,风机塔筒(子结构)和桩基(主结构)表现为不同的响应行为,风机不同部位振动周期和加速度谱两者出现差异.本文研究成果为海上风机抗冰设计和疲劳分析提供了有益参考.

摘要： 冰激振动(ice-induced vibration,ⅡV)中的锁频共振严重威胁结构安全,恶化人员工作环境,然而对其机理的认识仍然不清.本文基于作者和合作者以前建立的一个冰间歇破坏型IIV模型(黄国君和刘鹏飞,2009)对柔性结构的锁频共振机理进行了理论研究.应用该模型预报了发生在一个冰速区间内的锁频共振现象,并研究了结构和冰特性参数:结构阻尼和刚度以及冰的压缩刚度和冰破坏的破坏区长度、韧脆转换速度和随机性对IIV及锁频共振的影响,在此基础上探索了锁频共振机理.研究表明:在锁频共振冰速区间内,结构响应和冰力主频都锁定在结构固有频率,然而不同冰速下的频谱结构和振动形态各异,从常规单频共振到多频共振、从等幅振动到振幅周期性变化的拍振动,呈现出丰富的动力学特征;结构和冰特性参数可改变锁频共振冰速区间的长度和位置以及结构振幅,冰破坏的随机性和应变率效应发挥着一种竞争作用;锁频共振来源于冰破坏的应变率效应,其力学机制是频率调制和对结构?冰动能传递的非对称性正反馈效应放大的双重作用,本文分析揭示的这一新的锁频共振机理属于耦合振动,与传统的负阻尼自激振动机制有着本质区别.本文分析结果及对锁频共振机理的认识有助于相关实验研究和冰区结构设计以及IIV减振技术的研发.

摘要： 针对冰区海上单桩风机易发生冰激振动的问题,以NREL5MW风机为对象,详细开展其在风-冰联合作用下的动力响应研究.基于叶素动量理论,考虑Prandtl叶尖损失修正和Grauert修正,利用MATLAB编程计算获得叶片空气动力载荷;基于M??tt?nen自激振动模型,采用APDL开发冰区风机自激振动分析程序;基于我国渤海某海域冰情参数,从时域和频域对不同风-冰角下的风机结构动力响应特征进行分析,确定冰激锁频振动的冰速区间,并给出风机结构的最大位移响应振幅、基础倾覆力矩以及结构等效应力分布,结果表明:低冰速和高冰速下,风机塔顶与基础环顶的振动特性不同,中冰速时均表现为稳态的简谐振动;在常遇和极端冰厚下,均发生一阶锁频振动,对应的锁频冰速范围分别为0.01～0.06m/s和0.03～0.09m/s;锁频时,风机塔顶动力响应显著,两种冰厚下塔顶最大振幅分别1.425m和1.454m,最大等效应力响应分别为146MPa和183MPa,基础结构面外弯矩响应分别为243MN和358MN.文中研究结论和结果可为相似冰区海域同类风机结构的设计与优化提供技术参考.

摘要： 为解决冰区导管架节点存在的冰激与波浪荷载联合疲劳作用问题,采用美国石油学会的简化疲劳分析方法确定受波浪影响较大的节点及其所受荷载的方向,利用SACS软件对这些节点的波浪详细谱疲劳进行分析.针对冰激荷载,考虑到不同冰速下结构物的动力响应差异,分别利用ANSYS软件的瞬态分析和谱分析方法对节点的稳态冰振和随机冰振疲劳影响进行分析,进而通过线性损伤波理论对各工况下的节点疲劳损伤进行叠加,完成全周期的疲劳分析.结果表明,冰激对节点疲劳的影响较大,虽然存在冰激影响的有效冰期仅占平台服役周期的12.3％,但疲劳影响达到73.4％.

摘要： 极地冰区油气资源丰富,然而其海洋环境特殊,气温低、冰期长,给海洋油气开发带来了极大的挑战.寒区柔性抗冰结构存在冰激振动现象,会引起明显的节点交变应力,影响结构的使用寿命.为减小结构所受冰力,可在结构水面附近安装抗冰锥,此时虽然结构所受冰力显著减小,但部分锥体仍会发生一定程度的冰激振动,因此有必要分析其冰激振动导致的疲劳损伤并预测其疲劳寿命.采用锥体结构交变冰力模型和直立平台的冰振疲劳分析方法,根据北极海域冰况数据预测了隔水管抗冰锥结构冰振疲劳损伤和疲劳寿命,可为工程设计提供参考.

摘要： 为明确海冰作用下高耸结构的冰振响应问题,以渤海冰区海域某海上测风塔为例,对比测风塔与渤海导管架平台的动力特性,确立测风塔的冰载荷模型.基于ANSYS软件对测风塔结构在不同冰况下的抗冰性能进行分析,结果表明,冰激稳态振动下,结构的动力放大系数可达6.7;极端工况下,结构上部的振动加速度响应可达2.64g,远大于结构的抗震设防烈度(0.2g).冰激稳态振动发生时,工作甲板法兰连接处振动加速度显著并且持续时间较长,可能造成法兰松动.该测风塔结构对抗冰性能考虑不足,应采取适当措施避免冰激稳态振动的发生.

摘要： 针对锦州9-3油田WHPC平台导管架和组块的工程设计,进行冰激振动分析,包括平台自振特性、平台甲板冰激振动响应以及强度校核,根据不同的甲板位置进行人员舒适度检验,以期为渤海浅水重冰区类似平台结构的抗冰设计提供借鉴和参考.

摘要： 考虑到平台间的栈桥与平台整体结构的固有动力特性完全不同,针对锦州9-3油田WHPC与WHPE海洋平台之间的栈桥及其附属管线,进行冰激振动响应分析计算.结果表明,栈桥钢结构和管线系统的响应变化规律与平台甲板存在一定差异,主要原因为多重"子结构"与"主结构"的匹配关系.

摘要： 本文介绍了中国科学院力学研究所与加拿大科学院海洋技术研究所(IOT)合作开展的有关结构冰激振动特别是共振锁频的一些研究结果。首先简要介绍了我们近几年获得的一些理论研究结果包括冰激振动动力学模型及共振锁频的理论预报。然后详细介绍了最近在IOT冰室完成的冰激振动实验及相关结果。理论和实验分析表明共振锁频来自于冰的运动和破坏与结构振动复杂的非线性耦合。受结构的刚度、固有频率和粘性以及冰的厚度、性质和运动参数的共同影响, 并具有一定的随机特征。

摘要： 渤海重冰区海上平台用抗冰锥体基本解决了平台冰激振动问题。阐述了抗冰锥体的抗冰原理和设计方法,介绍了渤海海上平台抗冰锥体的设计实践和发展历程,对渤海海上平台和抗冰锥体的设计提出了建议。

摘要： 目前,世界寒区的许多平台已经接近或达到了服役年限,继续运行的最大问题就是安全问题。冬季油气生产受海冰影响严重,监测发现,强烈的冰激振动是危害海洋平台冬季安全运行的重要因素。因此,致力于冰区现役平台结构的冬季安全保障研究势在必行。本文针对渤海辽东湾冬季油气生产,提出了一套面向寒区抗冰油气平台冬季安全保障的海冰管理体系,该体系集成了面向结构风险的安全监测、评价及预报技术。为渤海冬季油气生产管理提供了一项手段,针对结构、上部设备及人员有量化分析和报警,为油气生产提供重要的决策依据。

摘要： 冰激振动是渤海重冰区导管架平台的主要危害.渤海重冰区导管架平台在腿柱上安装了抗冰锥体,基本解决了平台冰激振动问题.主要阐述了抗冰锥体的基本抗冰原理和设计方法,分析了渤海各类典型导管架平台抗冰锥体的设计实践,对渤海重冰区导管架平台和抗冰锥体的设计提出了建议：目前己建成的渤海重冰区平台的成果对今后平台抗冰锥体的设计优化有重要的参考价值，建议跟踪监测评估这些平台抗冰锥体的实际应用效果。渤海重冰区平台的总体布置应充分考虑加装抗冰锥体所造成的影响，确保平台达到预期的抗冰效果。建议渤海重冰区的重要平台和新型平台在设计阶段进行必要的模型试验，并进行深入的抗冰性能综合评估，优化平台总体设计。目前渤海重冰区平台抗冰锥体采用的均为简单圆锥形构造，建议可在抗冰锥体上增加附属构造，以加速冰中裂纹的生成，诱导冰的弯曲破碎过程，降低冰力;另外可在抗冰锥体与平台主体结构之间安装弹簧、橡胶等弹性与阻尼构件，降低冰力的动力效应。渤海重冰区平台冰激振动问题还没有得到完全解决，除在设计上改进平台结构的抗冰能力以外，还应采取减轻平台振动的补救办法，如在重冰期用破冰船破冰和用平台临时冲水设施冲冰等。

摘要： 由于冰与结构相互作用的复杂性,长期以来尚未形成基于动冰力响应分析的结构设计,结构设计与安全评估大都是从极端荷载出发,即只考虑最大静冰力或最大倾覆力矩能否推倒平台.基于对渤海导管架平台的多年监测,发现冰激振动引起平台管节点疲劳失效、上部设施的正常使用、作业人员感受问题的风险性要远大于极端荷载下结构的整体安全问题.基于多年现场冰与结构作用观测及冰荷载的研究成果,进一步完善在役抗冰导管架平台的评估准则,提出了相应的结构失效模式及风险评估方法.最后,以渤海某抗冰平台为例,对其进行了风险评估.

摘要： 本文基于现场原型结构的观测,发现渤海辽东湾导管架式海洋平台存在显著的冰激振动问题,是典型的柔性抗冰结构,有必要进行冰振疲劳寿命分析.讨论了抗冰平台冰振疲劳寿命估计的基本内容,认为建立动冰力模型是疲劳分析的首要任务.本文重点讨论了渤海锥体与圆柱抗冰结构动冰力模型的进展,为定量计算结构疲劳寿命创造了条件.

摘要： 为了探索冰激柔性四桩柱结构振动进程的控制机理,进行了一系列的室内动冰力模型试验。试验研究中发现,冰与结构的相互作用成为控制机理。相互作用系数对四桩柱结构的动力效应具有明显的控制,当相互作用系数处在20~45范围内时,结构将在冰排的作用下产生剧烈的振动。

摘要： 为了探索冰激柔性四桩柱结构振动进程的控制机理,进行了一系列的室内动冰力模型试验。试验研究中发现,冰与结构的相互作用成为控制机理。相互作用系数对四桩柱结构的动力效应具有明显的控制,当相互作用系数处在20~45范围内时,结构将在冰排的作用下产生剧烈的振动。

摘要： 本发明提供了一种涡激振动抑制及减阻装置，包括环状本体和连接件，环状本体用于设置在圆柱形结构物的外围；环状本体的环孔的轴线与圆柱形结构物的轴线平行；环状本体具有贯穿其环壁的开口；环状本体与圆柱形结构物相对的内周面为第一弧面，第一弧面与圆柱形结构物的外周面之间存在过流间隙；连接件连接环状本体与圆柱形结构物。本发明还提供了一种涡激振动抑制及减阻方法。本发明利用第一弧面阻挡进入过流间隙内的顺风向的气流，使气流改变流动方向，沿环状本体的轴向向两端流动，既能抑制圆柱形结构物涡激振动，又能减小圆柱形结构物所受的阻力，并且环状本体结构简单、制作方便、生产成本低。

摘要： 本发明公开一种具有抑制涡激振动功能的围护结构及抑制涡激振动的方法，围护结构设有贯通其周壁内外的抽吸通孔，抽吸通孔沿围护结构的周向分布；围护结构还设有抽吸设备，抽吸设备能够对抽吸通孔进行自外向内的抽吸，以抑制围护结构外表面处的边界层脱离所述外表面。通过抽吸的方式，使边界层能够“吸附”在塔筒外表面，从而抑制或直接阻止边界层分离塔筒外表面，减小或消除涡激振动的成因。且，抽吸时可以根据振动状态随时进行抽吸力度调整，具有更高的灵活性；此外，对抽吸通孔进行抽吸显然可以大幅降低噪音；抽吸方式无论在机组吊装还是在运营期间，可以始终发挥其对涡激振动的抑制作用，在向内部排放时，还可以对塔筒内部进行冷却。

摘要： 本发明提供一种海洋工程结构冰激频率锁定振动抑制装置及海洋结构，所述海洋工程结构冰激频率锁定振动抑制装置包括设置在直立或者接近直立的海洋结构外表面上，潮差带范围内的凸起。所述凸起为三角锥、四棱锥、螺旋三角梁、圆锥和倾斜的三角短梁中的一种或多种的组合。本发明海洋工程结构冰激频率锁定振动抑制装置能改变结构表面与海冰接触的形式，进而改变海冰的挤压破碎形式，避免因为海冰同步破碎而导致的周期性冰荷载，进而消除冰激结构频率锁定振动。

摘要： 本公开提供了涡激振动模型训练方法、涡激振动预测方法和装置，涉及人工智能技术领域，尤其涉及深度学习技术领域。实现方案为：获取训练数据集；将样本来流速度数据和目标位置输入至涡激振动模型，生成结构体的预测振动位移数据和预测升力数据，以及生成目标位置的预测流速数据和预测压力数据；根据预测流速数据、预测压力数据、预测振动位移数据和预测升力数据，以及样本振动位移数据和样本升力数据，计算损失函数，调整涡激振动模型的参数，生成训练好的涡激振动模型。由此，训练好的涡激振动模型能够很好的分析涡激振动，泛化整个流场信息。

摘要： 本发明提供了一种涡激振动抑制及减阻装置，包括环状本体和连接件，环状本体用于设置在圆柱形结构物的外围；环状本体的环孔的轴线与圆柱形结构物的轴线平行；环状本体具有贯穿其环壁的开口；环状本体与圆柱形结构物相对的内周面为第一弧面，第一弧面与圆柱形结构物的外周面之间存在过流间隙；连接件连接环状本体与圆柱形结构物。本发明还提供了一种涡激振动抑制及减阻方法。本发明利用第一弧面阻挡进入过流间隙内的顺风向的气流，使气流改变流动方向，沿环状本体的轴向向两端流动，既能抑制圆柱形结构物涡激振动，又能减小圆柱形结构物所受的阻力，并且环状本体结构简单、制作方便、生产成本低。

摘要： 本发明公开一种具有抑制涡激振动功能的围护结构及抑制涡激振动的方法，围护结构设有贯通其周壁内外的抽吸通孔，抽吸通孔沿围护结构的周向分布；围护结构还设有抽吸设备，抽吸设备能够对抽吸通孔进行自外向内的抽吸，以抑制围护结构外表面处的边界层脱离所述外表面。通过抽吸的方式，使边界层能够“吸附”在塔筒外表面，从而抑制或直接阻止边界层分离塔筒外表面，减小或消除涡激振动的成因。且，抽吸时可以根据振动状态随时进行抽吸力度调整，具有更高的灵活性；此外，对抽吸通孔进行抽吸显然可以大幅降低噪音；抽吸方式无论在机组吊装还是在运营期间，可以始终发挥其对涡激振动的抑制作用，在向内部排放时，还可以对塔筒内部进行冷却。

摘要： 参激与涡激耦合作用下海洋立管振动响应模型建立及预报方法，涉及一种海洋立管振动响应模型建立方法和预报方法。为了解决目前的海洋立管振动响应特性的研究均是将海洋立管轴线上的张力看作是恒定张力导致海洋立管振动响应存在非常大的误差的问题。本发明同时考虑海洋平台的沉浮运动以及海洋来流对立管的冲击作用，建立参激‑涡激耦合振动模型，然后基于张力变化因素，给出参激与涡激联合作用下海洋立管的结构振动控制方程。随后基于4阶Runge‑Kutta方法对结构振动控制方程以及尾流振子方程构成的耦合振动方程组进行联立求解，实现参激与涡激耦合作用下海洋立管振动响应分析。本发明主要用于海洋立管振动响应分析和预报。

摘要： 本实用新型提供一种海洋工程结构冰激频率锁定振动抑制装置及海洋结构，所述海洋工程结构冰激频率锁定振动抑制装置包括设置在直立或者接近直立的海洋结构外表面上，潮差带范围内的凸起。所述凸起为三角锥、四棱锥、螺旋三角梁、圆锥和倾斜的三角短梁中的一种或多种的组合。本实用新型海洋工程结构冰激频率锁定振动抑制装置能改变结构表面与海冰接触的形式，进而改变海冰的挤压破碎形式，避免因为海冰同步破碎而导致的周期性冰荷载，进而消除冰激结构频率锁定振动。

摘要： 本实用新型公开了一种自激振动深松机构和自激振动深松施肥播种联合作业机械，其中，自激振动深松机构包括一对振动固定梁、一对前固定板、一对后固定板、弹性结构和深松铲，其中：一对前固定板安装在一对振动固定梁的第一端，一对后固定板安装在一对振动固定梁的第二端，弹性结构安装在一对前固定板和一对后固定板之间，深松铲安装在一对后固定板上。通过本实用新型，由于土壤地表不平和土壤阻力等变化，自激振动深松机构的自激振动弹簧压缩量发生变化，带动深松铲振动，完成自激振动深松作业。

摘要： 本发明公开了一种基于船舶冰激振动的海冰类型识别方法，涉及传感器检测技术领域，利用了冰‑船互作产生的激励振动加速度数据，数据获取的方式简单，操作便捷，不受海面能见度和光线影响；冰激振动的数据能够有效反映海冰类型的冲击能量信息；利用Hilbert变换得到的边际谱特征能够用于局部海域冰区的随船冰情测量，实现在船舱内对海冰类型的识别，克服了可见光相机和光学遥感卫星在采集海冰图像时容易受到云雾和光线干扰的缺陷，首先通过将加速度惯性传感器安装在破冰船船舱内采集冰激振动数据；其次对数据进行预处理；最后利用Hilbert变换后提取的边际谱特征，实现对破碎冰、平整冰、海水的识别。