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          渤海鋼結構冰激振動的主要類型及其機制

          發布者: 發布時間:2016/12/15 13:44:42 閱讀:次 【字體:

           通常研究振動時,可將石油鋼結構物著成為一個振動系統,它表征系統本身的特性,而將外界對于系統的輸入,例如海冰初始對于固定平臺的干擾,或是海冰的激振力等,統稱做激勵;將系統在輸入下產生的輸出,如振動位移、應變、速度、加速度等,叫做響應。這樣,即可按照系統的輸入與輸出,來劃分冰激振動的類型。

          (一)渤海冰激振動的類型

          1.按照系統輸入來劃分,可分為以下兩種

          (1)自激振動:自激振動是系統在輸入和輸出之間具有反饋特性,并有施源補充而產生的振動。從渤海的冰激振動實際情況來看一般當海冰運動速度較小,不會造成海冰的脆性破壞時系統的輸入屬子自激振動;當冰激振動在“頻率鎖定"(Lock in)區以內時,以自激振動為主,也就是說當海冰的振動頻率正好處于鋼結構物固有頻率帶內,產生共振時,則冰激振動主要為自激振動。這是因為。

          ①它沒有外來的周期性干擾力作用,而是具有一個持續作用的能源。符合自激振動對能源的要求。例如海上固定平臺借助自身的振動,利用平臺自身振動速度在左右移動時與海冰運動速度的相對差別,使海冰對平臺做正功或負功,將來自海冰恒定作用的能源,轉換成交變的周期性作用的能量,從而可在平臺振幅增大時,借助負功,減小振幅,而在平臺振幅減小時,利用正功,增大振幅,達到保持系統(平臺)的等幅穩定振動狀態的目的。正由于在這種情況下,平臺只是有自身的振動,并非靠外界干擾力的激振,海冰只不過提供給平臺為了補償在振動時的損失而所需要的能量而已,故屬于自激振動。

          ②它具有反饋控制環節,能使振動本身產生,并能使維持自激振動的交變力得到控制,符合自激振動產生的條件。固定平臺與海冰的相互作用,使海冰產生各種型式的破壞,使海冰以不同速率產生變形,這就構成了系統自激振動的反饋控制環節。這和機床上切削金屬時,車刀的自激振動的反饋控制環節是刀具與工件的相互作用是一樣的。固定平臺在一定的初始條件下產生自由振動,它通過平臺與海冰的相互作用,將平臺振動系統與來自海冰的能源系統聯系起來,控制并使持續來自海冰作用的能源轉化為周期作用,按照平臺自身振動的周期,及時地在每周中提供抵消阻尼所需要的能量,使維持自激振動的交變力得到控制,從而實現平臺系統按固有頗率做等幅振動的目的。因而說冰激振動具備了產生自激振動的條件。

          由于在一般情況下,自激振動的頻率就是振動系統的固有頻率。因此,在產生共振的頻率鎖定區以內,冰激振動以自激振動為主。另外,由于平合與海冰作用時產生共振的頻率鎖定帶比較寬。因此,通常渤海石油鋼結構的冰做振動表現出明顯的上述自激振動的特點。

          (2)強迫振動:在外界干擾的持續作用下,系統被迫產生的振動,叫做強迫振動。外界干擾可以是外力,叫做激振力。除力之外,隨時間變化的位移、速度或加速度,也可激起系統的振動?傊,這些形成外界干擾的隨時間變化的外力、位移、速度或加速度,均稱之為激振函數。根據激振函數的表達式的不同,又可將激振形式分為:簡諧激振、非諧和周期性激振以及隨時間任意變化的非周期性激振。從渤海海冰與鋼結構物作用所產生的冰激振動來看,在頻率鎖定區以外,冰激振動以周期性激勵為主,因而用強迫振動理論來描述,屬于強迫振動。

          2.按照響應特征來劃分,可分為:

          (1)扭轉振動:振動系統的質點,若只做繞軸線的振動,處稱為扭轉振動。渤海的海上鋼結構物,根據近些年來的實際測量和振動記錄分析,均表明在海冰作用之下,是有扭轉振動發生的,鋼結構物在海冰作用下的扭轉振動是與柯氏力的作用和海冰的轉向是分不開的。例如海上平臺由于海冰運動受柯氏力的作用,在海上低平潮逆時針轉向時,冰力全部壓在一很樁腿上,并以此樁腿做為支點旋轉,于是即會引起平合的扭轉振動。

          (2)直線振動:直線振動是振動系統的質點只做沿軸線方向的平移振動。從渤海的冰激振動來看,海冰與鋼結構物作用產生的振動,主要是屬于直線振動。

          此外,從冰激振動的規律來看,通過在渤海測冰平臺上的實際測量,表明冰激振動不能用簡單函數或這些簡單函數的簡單組合來表達其運動規律,而只能用統計方法來研究其運動規律,故屬于隨機振動。同時,由于鋼結構物與海冰相互作用所引起的冰激振動,其振動系統的阻尼力具有非線性性質,只能用非線性微分方程來描述其運動規律,故應屬于非線性振動?傊,上述即為渤海冰激振動類型的特點。

          希望大家看了“渤海鋼結構冰激振動的主要類型及其機制”這篇文章讓你對渤海鋼結構能有深刻的了解,大家要趕快學習起來哦!重慶鋼結構公司專業從事鋼結構設計、加工制作和現場安裝,歡迎來電咨詢,我重慶奇冠鋼結構有限公司竭誠為您服務。


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