基于ANSYS软件实现平台结构的冰激振动分析-中国海上油气.PDFVIP

第17卷第1期 中国海上油气 V01．17No．I 2005年2月 CHINAOFFSHOREOILANDGAS Feb．2005 基于ANSYS软件实现平台结构的冰激振动分析* 刘 健1 陈国明1 杨晓刚2 黄东升1 (1．中国石油大学(华东)机电工程学院；2．海洋石油工程股份有限公司) 摘 要 通过考虑冰抗压强度与应力速率的函数关系，对Matlock模型作了适当修改，使之能够较 全面地反映平台结构的冰激振动特性，同时适用于刚性结构和柔性结构动力分析。利用ANSYS 软件建立了平台结构的有限元模型，并选用不同的海冰参数对渤海某导管架平台结构的动力响应 和冰力进行了计算与分析，计算过程充分体现了冰与结构物相互作用的耦合，计算结果符合该平台 实际冰激振动情况。 冰激振动 ANSYS软件 动力响应 冰力 关键词 平台结构 Matlock模型修改 海洋平台结构在海冰的作用下往往发生较大振 下二阶非线形微分方程表示： 动，解释冰激振动主要有“强迫振动”和“自激振动” (1) 两种理论[1。4]，而实际发生的冰力中往往既有强迫振式中：[M]、[C]和[K]分别为平台结构的质量矩阵、 动的成分又有自激振动的成分[3’5]。冰与结构物的 阻尼矩阵和刚度矩阵；{主)、{叠}和{z}分别为平台结 相互作用是相当复杂的，无论用强迫振动模型还是 构的加速度向量、速度向量和位移向量；{F(￡)}为冰 用自激振动模型计算冰力都存在一些问题，因此有 力向量，仅在结构物和冰接触点有非零分量。 必要把冰力的自激性和强迫性、海冰的破碎频率和 Matlock模型是根据变形条件建立的冰与结构 结构物的动力特性等因素联系起来建立数学模型。 物相互作用的计算模型[1]。该模型以冰与结构物两 冰力振子模型拍’71就是这类模型，但该模型的参数 者的弹性变形作为主要相互作用的参量。分析表 要通过模型实验确定，而多自由度结构很难确定参 明，冰荷载频率以及结构动力响应频率依赖于冰的 数，所以无法直接进行工程应用。 破碎长度和冰的移动速度。图1为Matlock模型原 多数文献认为Matlock模型是强迫振动模型。理图。该模型用相同间隔、相互独立的一组弹性单 元体来描述冰的作用。某一单元体与结构物接触 但由于Matlock模型同时考虑了冰和结构物的特 性，体现了冰和结构物的相互作用关系，所以有的文 后，一旦其弹性变形超过一定值便发生破坏，紧接着 献又把该模型归结为自激振动模型[7]。也有文献认 为Matlock模型是强迫振动模型和自激振动模型之 外的第3种模型[8’9]。本文对Matlock模型进行了 适当的修改，使其能同时反映冰力的自激性和强迫 性；采用ANSYS软件建立了平台结构的有限元模 型，选择不同的海冰参数对渤海某导管架平台结构进 行了动力计算，分析了其冰力和结构动力响应特征。 1 Matlock模型分析与修改 卜—一z 图1 Matlock模型原理图 在冰力作用下，平台结构的动力方程可以用如 *高等学校博士学科点专项科研基金项Ifl(20030425014)及中国海洋石油总公司“概率型冰载荷与冰激疲劳寿命的研究”课题资助。 第一作者简介：刘健，男，1973年生，在读博士研究生，1995年毕业于中国石油大学设计专业，现在中国石油大学(华东)机电工程学院工 作，主要从事海洋结构工程、冰激振动理论、海洋平台疲劳可靠性研究。地址：山东省东营市中国石油大学机电工程学院海洋工程研究室(邮 编：257061)。电话：