一种海洋平台典型悬臂结构的振动控制方法技术

本发明专利技术涉及海洋平台技术领域，具体公开了一种海洋平台典型悬臂结构的振动控制方法，包括以下步骤：步骤一、基于海洋平台布置图和结构图，利用ABSQUS有限元软件初步构建悬臂结构的几何模型，包括悬臂结构附属的基础结构；步骤二、基于有限元几何模型，进行振动模态分析，获得悬臂结构的固有频率特性，固有频率包括第一阶固有频率；本发明专利技术初步构建海洋平台悬臂结构有限元模型，并由模态分析得到结构的固有频率；统计海洋平台工作海域风、浪的设计周期，以及平台固有动力系统螺旋桨的转速、叶片数，从而得到风、浪及螺旋桨的激励频率；根据经验确定悬臂结构固有频率值不低于4Hz，并与激励源避免共振风险。避免共振风险。避免共振风险。

【技术实现步骤摘要】
一种海洋平台典型悬臂结构的振动控制方法


[0001]本专利技术涉及海洋平台
，具体是一种海洋平台典型悬臂结构的振动控制方法。

技术介绍

[0002]悬臂结构是海洋平台上比较常用、典型的结构形式，如吊机、桅杆、外探平台、管路支架等。随着船级社及船员对海洋平台结构安全性、舒适性要求越来越高。典型悬臂结构的低频振动问题成为一项亟待解决的问题。在实际设计、生产过程中，运用有限单元法(Finite Element Method，FEM)进行结构振动分析，尤其是结构振动模态分析是目前比较成熟的分析方法。但还没有相关文献或公开发表的文章对海洋平台典型悬臂结构低频振动问题的控制进行详细评估和阐述。
[0003]目前有一些与本专利技术相关的公开报道主要有：文献1、一种基于虚拟现实的船用桅杆性能评价方法及系统(专利技术专利申请，202210205494.1)；文献2、桁架式综合桅杆结构强度及振动有限元分析(广东造船2017年第4期(总第155期))；文献3、船舶筒状桅杆的模态分析(舰船科学技术，第28卷第4期，2006年8月)。
[0004]其中：文献1、提出一种基于虚拟现实的船用桅杆性能评价方法及系统，对桅杆在具体应用场景中的性能进行可靠性评价，对桅杆模态分析的位移变形分析结果及可靠性分析评估，没有对螺旋桨激励引起的桅杆低频振动进行评估分析；文献2、阐述了利用有限元分析软件，对桁架式综合桅杆结构强度及振动特性进行分析和计算，未涉及模态分析的评价和控制准则；文献3、重点提出有限元法进行桅杆模态分析过程中模型简化、集中质量处理、边界条件等仿真方法的处理，其目的是提高仿真分析的可靠性，对于解决现场悬臂结构低频振动问题来说没有启示作用，需要进行改进。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种海洋平台典型悬臂结构的振动控制方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种海洋平台典型悬臂结构的振动控制方法，包括以下步骤：
[0008]步骤一、基于海洋平台布置图和结构图，利用ABSQUS有限元软件初步构建悬臂结构的几何模型，包括悬臂结构附属的基础结构；
[0009]步骤二、基于有限元几何模型，进行振动模态分析，获得悬臂结构的固有频率特性，固有频率包括第一阶固有频率；
[0010]步骤三、统计海洋平台工作海域风、浪的设计周期，以及海洋平台固有动力系统螺旋桨的转速、叶片数；
[0011]步骤四、基于步骤二和步骤三的计算结果，对悬臂结构共振风险进行分析评估。
[0012]在一种可选方案中：所述步骤一中悬臂结构包括桅杆，所述桅杆安装在海洋平台
顶部。
[0013]在一种可选方案中：所述步骤一中海洋平台布置图包括悬臂结构所处位置，结构图包括悬臂结构的结构形状和材料性质。
[0014]在一种可选方案中：所述步骤二中悬臂结构有限元模态分析结果根据频率大小及振型进行分类，所述振型分为弯曲振动和扭转振动，并按频率有小到大分为：1阶弯曲(f
1b
)，1阶扭转(f
1t
)，2阶弯曲(f
2b
)，2阶扭转(f
2t
)。
[0015]在一种可选方案中：所述步骤二中第一阶固有频率分析结果为1阶弯曲或1阶扭转。
[0016]在一种可选方案中：对步骤二中模态分析的结果进行初步判断，包括振动频率判断和振型判断，悬臂结构第一阶固有频率范围在1Hz～5Hz之间，如果低于1Hz或低至10
‑2数量级时，或者频率值大于5Hz或大于10数量级时，需返回步骤一确认材料属性或点质量的模拟是否正确。
[0017]在一种可选方案中：所述步骤三进一步包括：根据海域海况的统计数据库资料，得到对应海域风、浪的周期数据，并按照频率＝1/周期，转换为风、浪的固有频率f
wind
、f
wave；
根据海洋平台螺旋桨设计转速，按照激励基频(轴频)AF＝转速/60，激励叶频BPF＝转速/60*叶片数。
[0018]在一种可选方案中：所述步骤四进一步包括：根据悬臂结构振动分确定激励源的共振风险范围，所述共振风险范围为[0.85*激励频率，1.15*激励频率]。
[0019]在一种可选方案中：所述悬臂结构的最低振动频率限值为4Hz。
[0020]在一种可选方案中：当悬臂结构固有频率不能满足共振风险范围和最低振动频率限值的要求，认为振动风险较大，必须进行结构优化设计，并按照步骤一、步骤二、步骤三和步骤四进行再次核算，直到悬臂结构固有频率满足共振风险范围和最低振动频率限值的要求。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0022]本专利技术基于布置图、结构图、设备(重量、重心、转速)等基本信息，初步构建海洋平台悬臂结构有限元模型，并由模态分析得到结构的固有频率；统计海洋平台工作海域风、浪的设计周期，以及平台固有动力系统螺旋桨的转速、叶片数，从而得到风、浪及螺旋桨的激励频率；根据经验确定悬臂结构固有频率值不低于4Hz，并与激励源避免共振风险。
附图说明
[0023]图1为本专利技术的流程示意图。
[0024]图2为本专利技术中悬臂结构及附属甲板简化模型示意图。
[0025]图3为本专利技术中悬臂结构模态分析边界选择及定义示意图。
[0026]图4为本专利技术中悬臂结构初始设计方案模态分析示意图。
[0027]图5为本专利技术中悬臂结构优化设计结构示意图。
[0028]图6为本专利技术中悬臂结构优化设计的模态分析结果示意图。
具体实施方式
[0029]请参阅图1
‑
图6，本专利技术实施例中，一种海洋平台典型悬臂结构的振动控制方法，
包括以下步骤：
[0030]步骤一、基于海洋平台布置图和结构图，利用ABSQUS有限元软件初步构建悬臂结构的几何模型，包括悬臂结构附属的基础结构；
[0031]步骤二、基于有限元几何模型，进行振动模态分析，获得悬臂结构的固有频率特性，固有频率包括第一阶固有频率；悬臂结构振动分析模型简化原则为：所有平面、曲面板结构，以壳单元模拟，较小的部件均忽略，以达到快速建模的目的；
[0032]步骤三、统计海洋平台工作海域风、浪的设计周期，以及海洋平台固有动力系统螺旋桨的转速、叶片数；
[0033]步骤四、基于步骤二和步骤三的计算结果，对悬臂结构共振风险进行分析评估。分析模型包括悬臂结构及其基础结构的部分，以消除边界条件对分析结果的影响。
[0034]本申请中涉及的海洋平台，高约45米，型宽55米，设计吃水9米，服务航速10节，定员239人，空船重量23600吨。主甲板面积约10000平方米，配备6台5000千瓦推进器，1台50吨甲板吊机等。
[0035]所述步骤一中悬臂结构包括桅杆，所述桅杆安装在海洋平台顶部；桅杆高4.2米，平台宽2.5米，长3米，桅杆及附件重约1.1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海洋平台典型悬臂结构的振动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、基于海洋平台布置图和结构图，利用ABSQUS有限元软件初步构建悬臂结构的几何模型，包括悬臂结构附属的基础结构；步骤二、基于有限元几何模型，进行振动模态分析，获得悬臂结构的固有频率特性，固有频率包括第一阶固有频率；步骤三、统计海洋平台工作海域风、浪的设计周期，以及海洋平台固有动力系统螺旋桨的转速、叶片数；步骤四、基于步骤二和步骤三的计算结果，对悬臂结构共振风险进行分析评估。2.根据权利要求1所述的海洋平台典型悬臂结构的振动控制方法，其特征在于：所述步骤一中悬臂结构包括桅杆，所述桅杆安装在海洋平台顶部。3.根据权利要求1所述的海洋平台典型悬臂结构的振动控制方法，其特征在于，所述步骤一中海洋平台布置图包括悬臂结构所处位置，结构图包括悬臂结构的结构形状和材料性质。4.根据权利要求1所述的海洋平台典型悬臂结构的振动控制方法，其特征在于，所述步骤二中悬臂结构有限元模态分析结果根据频率大小及振型进行分类，所述振型分为弯曲振动和扭转振动，并按频率有小到大分为：1阶弯曲(f
1b
)，1阶扭转(f
1t
)，2阶弯曲(f
2b
)，2阶扭转(f
2t
)。5.根据权利要求1所述的海洋平台典型悬臂结构的振动控制方法，其特征在于，所述步骤二中第一阶固有频率分析结果为1阶弯曲或1阶扭转。6.根据权利要求1所述的海洋...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩华伟，高培鑫，汤易，于涛，
申请(专利权)人：烟台大学，
类型：发明
国别省市：