初始条件下海洋结构动力响应分析方法及试验研究

发布时间：2017-06-06 11:10

  本文关键词：初始条件下海洋结构动力响应分析方法及试验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：与陆地结构相比,海洋结构在复杂多变的海洋环境影响下容易变形导致失效,因此海洋结构动力分析是十分必要的。海洋结构动力分析方法主要有时域方法和频域方法两种,其中时域方法求解效率较低；而频域方法仅能得到结构稳态响应,无法考虑结构初始条件。本文针对传统频域动力分析方法的不足,根据国内外学者的研究成果,对具有初始条件的固定式海洋结构动力响应频域计算理论展开了研究。针对传统频域动力分析方法所存在问题,本文具体开展了以下研究：(1)根据时域动力分析理论及国内外学者研究成果,编制了时域结构动力分析程序及频域内考虑初始条件的结果动力分析程序。(2)选取单桩式海上风电结构,采用推荐算法及时域算法计算一定初始条件下该结构动力响应,其结果在初始时刻之后吻合良好。同时选取某导管架结构,采用推荐算法及ANSYS计算初始条件下该结构动力响应,结果表明二者除去初始时刻外匹配良好。验证了推荐算法对海洋结构动力响应计算的准确性和适用性。(3)设计、制作了一导管架物理模型,按照初始位移不同划分相应工况进行物理模型试验,同时采用推荐算法计算各工况下模型动力响应。实测数据与计算结果规律一致。进一步验证了推荐算法对导管架结构动力响应计算的适用性。本文将所发展理论应用于海洋结构动力响应计算,克服了传统频域算法的不足。其创新点主要有：(1)将频域内具有初始条件结构动力响应分析方法应用于海洋结构,得到了与时域一致的结果。为求解具有一定初始条件海洋结构动力响应提供了理论依据。(2)设计了相应物理模型试验,试验结果与推荐算法计算结果规律一致,验证了推荐算法对于固定式海洋结构动力响应分析的准确性。本文通过将改进后的结构动力分析频域算法应用于海洋结构,为实际工程中具有一定初始条件的海洋结构动力分析提供了理论支持。
【关键词】：频域 初始条件 固定式海洋结构 动力响应
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P75
【目录】：

• 摘要5-6
• abstract6-11
• 1. 绪论11-20
• 1.1 研究背景及目的11-15
• 1.2 海洋结构动力响应计算国内外研究现状15-18
• 1.3 本文的研究目的及研究内容18-20
• 2. 海洋结构动力响应分析理论20-30
• 2.1 随机波浪力计算理论20-23
• 2.1.1 不规则波浪模型20
• 2.1.2 波浪谱20-22
• 2.1.3 结构单元波浪力计算22-23
• 2.2 结构动力响应的时域求解方法23-25
• 2.2.1 有限差分法23-24
• 2.2.2 newmark-β法24-25
• 2.3 结构动力响应传统频域求解方法25-29
• 2.3.1 Fourier变换25-28
• 2.3.2 结构动力响应频域求解方法28-29
• 2.4 小结29-30
• 3. 频域内考虑初始条件的海洋结构动力分析30-37
• 3.1 线性系统传递函数30-31
• 3.2 Laplace变换31
• 3.3 Prony级数31-32
• 3.4 频域内考虑初始条件的结构动力分析理论32-36
• 3.4.1 初始条件转换32-33
• 3.4.2 外荷载分解33-34
• 3.4.3 初始外荷载离散及荷载重构34-36
• 3.5 小结36-37
• 4. 频域内考虑初始条件的海洋结构动力响应计算数值算例37-60
• 4.1 单桩式海上风电数值结构非零初始条件下动力响应计算37-49
• 4.1.1 单桩式海上风电结构二维模型38-39
• 4.1.2 单桩式结构环境荷载计算39-41
• 4.1.3 单桩式海上风电结构动力响应计算工况划分41-42
• 4.1.4 单桩式海上风电结构动力响应计算42-49
• 4.2 海洋平台数值结构非零初始条件下动力响应计算49-58
• 4.2.1 导管架平台结构模型49-51
• 4.2.2 导管架结构动力响应计算工况划分51-52
• 4.2.3 导管架结构环境荷载计算52-53
• 4.2.4 导管架结构动力响应工况计算53-58
• 4.3 小结58-60
• 5. 频域内考虑初始条件海洋结构动力分析物理模型试验研究60-82
• 5.1 导管架平台物理模型60-61
• 5.2 试验条件及设备61-63
• 5.3 数值模型及有限元模型63-65
• 5.4 导管架平台物理模型及数值模型模态分析65-67
• 5.5 导管架平台物理模型动力响应试验工况67-68
• 5.6 导管架平台物理模型动力响应试验68-78
• 5.6.1 物理模型试验实测数据68-72
• 5.6.2 物理模型试验实测数据及推荐算法计算结果对比72-78
• 5.7 工况1～5实测结果及推荐算法计算结果包络图比较78-80
• 5.8 小结80-82
• 6. 总结与展望82-85
• 6.1 本文研究内容与主要结论82-83
• 6.2 本文主要创新点83-84
• 6.3 研究展望84-85
• 参考文献85-88
• 致谢88-89
• 个人简历89
• 攻读硕士期间获得成果89

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