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渤海钢结构冰激振动的主要类型及其机制

发布者: 发布时间:2016/5/9 10:42:17 阅读:次 【字体:

通常研究振动时,可将石油钢结构物着成为一个振动系统,它表征系统本身的特性,而将外界对于系统的输入,例如海冰初始对于固定平台的干扰,或是海冰的激振力等,统称做激励;将系统在输入下产生的输出,如振动位移、应变、速度、加速度等,叫做响应。这样,即可按照系统的输入与输出,来划分冰激振动的类型。

(一)渤海冰激振动的类型

1.按照系统输入来划分,可分为以下两种

(1)自激振动:自激振动是系统在输入和输出之间具有反馈特性,并有施源补充而产生的振动。从渤海的冰激振动实际情况来看一般当海冰运动速度较小,不会造成海冰的脆性破坏时系统的输入属子自激振动;当冰激振动在“频率锁定"(Lock in)区以内时,以自激振动为主,也就是说当海冰的振动频率正好处于钢结构物固有频率带内,产生共振时,则冰激振动主要为自激振动。这是因为。

①它没有外来的周期性干扰力作用,而是具有一个持续作用的能源。符合自激振动对能源的要求。例如海上固定平台借助自身的振动,利用平台自身振动速度在左右移动时与海冰运动速度的相对差别,使海冰对平台做正功或负功,将来自海冰恒定作用的能源,转换成交变的周期性作用的能量,从而可在平台振幅增大时,借助负功,减小振幅,而在平台振幅减小时,利用正功,增大振幅,达到保持系统(平台)的等幅稳定振动状态的目的。正由于在这种情况下,平台只是有自身的振动,并非靠外界干扰力的激振,海冰只不过提供给平台为了补偿在振动时的损失而所需要的能量而已,故属于自激振动。

②它具有反馈控制环节,能使振动本身产生,并能使维持自激振动的交变力得到控制,符合自激振动产生的条件。固定平台与海冰的相互作用,使海冰产生各种型式的破坏,使海冰以不同速率产生变形,这就构成了系统自激振动的反馈控制环节。这和机床上切削金属时,车刀的自激振动的反馈控制环节是刀具与工件的相互作用是一样的。固定平台在一定的初始条件下产生自由振动,它通过平台与海冰的相互作用,将平台振动系统与来自海冰的能源系统联系起来,控制并使持续来自海冰作用的能源转化为周期作用,按照平台自身振动的周期,及时地在每周中提供抵消阻尼所需要的能量,使维持自激振动的交变力得到控制,从而实现平台系统按固有颇率做等幅振动的目的。因而说冰激振动具备了产生自激振动的条件。

由于在一般情况下,自激振动的频率就是振动系统的固有频率。因此,在产生共振的频率锁定区以内,冰激振动以自激振动为主。另外,由于平合与海冰作用时产生共振的频率锁定带比较宽。因此,通常渤海石油钢结构的冰做振动表现出明显的上述自激振动的特点。

(2)强迫振动:在外界干扰的持续作用下,系统被迫产生的振动,叫做强迫振动。外界干扰可以是外力,叫做激振力。除力之外,随时间变化的位移、速度或加速度,也可激起系统的振动。总之,这些形成外界干扰的随时间变化的外力、位移、速度或加速度,均称之为激振函数。根据激振函数的表达式的不同,又可将激振形式分为:简谐激振、非谐和周期性激振以及随时间任意变化的非周期性激振。从渤海海冰与钢结构物作用所产生的冰激振动来看,在频率锁定区以外,冰激振动以周期性激励为主,因而用强迫振动理论来描述,属于强迫振动。

2.按照响应特征来划分,可分为:

(1)扭转振动:振动系统的质点,若只做绕轴线的振动,处称为扭转振动。渤海的海上钢结构物,根据近些年来的实际测量和振动记录分析,均表明在海冰作用之下,是有扭转振动发生的,钢结构物在海冰作用下的扭转振动是与柯氏力的作用和海冰的转向是分不开的。例如海上平台由于海冰运动受柯氏力的作用,在海上低平潮逆时针转向时,冰力全部压在一很桩腿上,并以此桩腿做为支点旋转,于是即会引起平合的扭转振动。

(2)直线振动:直线振动是振动系统的质点只做沿轴线方向的平移振动。从渤海的冰激振动来看,海冰与钢结构物作用产生的振动,主要是属于直线振动。

此外,从冰激振动的规律来看,通过在渤海测冰平台上的实际测量,表明冰激振动不能用简单函数或这些简单函数的简单组合来表达其运动规律,而只能用统计方法来研究其运动规律,故属于随机振动。同时,由于钢结构物与海冰相互作用所引起的冰激振动,其振动系统的阻尼力具有非线性性质,只能用非线性微分方程来描述其运动规律,故应属于非线性振动。总之,上述即为渤海冰激振动类型的特点。

希望大家看了“渤海钢结构冰激振动的主要类型及其机制”这篇文章让你对渤海钢结构能有深刻的了解,大家要赶快学习起来哦!重庆钢结构公司专业从事钢结构设计、加工制作和现场安装,欢迎来电咨询,我重庆奇冠钢结构有限公司竭诚为您服务。

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