2023/2/311.2.1固定式平臺和活動式平臺1.2.2順應式平臺1.2.3浮式平臺1.2海洋平臺構造及有關動力學問題2023/2/321.2.1固定式平臺和活動式平臺小于400m水深的海域固定式平臺混凝土重力式平臺導管架平臺通過自身的重量維持合適的垂直位置管狀樁腿，插入土壤一定深度，以支持平臺結構和作業(yè)模塊的重量。固有彎曲頻率或基本彎曲頻率大約是0.17赫茲（6秒）。振動的主要形式是彎曲振動。2023/2/331.2.1固定式平臺和活動式平臺用于勘探石油的自升式鉆井平臺也可稱為活動式平臺。有3到6根樁腿支承，樁腿有鋼管式和桁架式兩種結構。站立狀態(tài)拖航狀態(tài)每根樁腿固定于海底的鋼質(zhì)沉墊上，可以使平臺結構穩(wěn)定并且減少樁腿插入海底的深度。平臺的船體在海底以上的高度可達到100米。樁腿從海底拔出，并且收進船體的低部，減少拖航過程的阻力。2023/2/341.2.1固定式平臺和活動式平臺共同的結構特征上部生產(chǎn)結構模塊達到數(shù)數(shù)千噸，遠大于支撐結構的重量。結構高度方向的尺寸大于水平方向的尺寸。主要的振動形式為彎曲振動。共同的振動特點慣性力恢復剛度動力載荷重要的動力學問題在100m以上水深作業(yè)時，波流聯(lián)合引起的動力響應。上部作業(yè)模塊的質(zhì)量取決于支撐結構風、浪、流、海冰、地震載荷2023/2/351.2.2順應式平臺牽索塔平臺桁架式塔架鋼纜加重鏈海底錨連接到海底基礎上的纜索工作水深可達到400米桁架結構減輕了結構重量，減小了慣性力；減小了風、浪、流等流體載荷。在水面以下25米處，塔結構四周對稱地系上20根鋼纜；每根鋼纜向下延伸約1000米，與一根在海底錨固的加重鏈相連。在正常天氣或小風暴情況下，鋼纜作為一堅硬的彈簧，提供平臺搖擺運動的恢復力。在大風暴和颶風等惡劣的氣象條件下，鋼纜變得相對柔軟以使結構順應風浪流載荷的作用。當平臺搖擺的幅值增大時，同時增大的還有加重海底鏈提離海底的高度，這樣就增大了平臺的回復力使平臺適應風暴載荷。2023/2/361.2.2順應式平臺鉸接塔平臺的組成鉸接塔平臺的動力學問題塔柱、海底基礎、萬向接頭、浮力艙、壓載艙該類型結構的固有頻率遠低于那些具有高幅值的波浪頻率，一般不會發(fā)生搖擺共振。非線性的流體動力載荷運動幅值跳躍、失穩(wěn)平臺生產(chǎn)功能喪失對于大長細比塔柱結構，需要考慮彈性變形研究塔柱的運動和塔柱動強度問題。2023/2/371.2.3浮式平臺TLP平臺、Spar平臺、半潛式平臺2023/2/38張力腿平臺結構形式平臺上體立柱（含橫撐和斜撐）下體（浮箱）張力腿系泊系統(tǒng)錨固基礎2023/2/39平臺上體立柱（含橫撐和斜撐）下體（浮箱）張力腿系泊系統(tǒng)錨固基礎張力腿平臺結構形式作業(yè)裝備和生活艙室提供給平臺主體必要的結構剛度提供浮力提供預張力，提高系索剛度固定張力腿下端2023/2/310張力腿平臺受力和運動特點浮力遠大于自身重力浮力=自重+張力腿的預張力使張力腿時刻處于受張拉的繃緊狀態(tài)，顯著提高了系索的剛度平臺平面外的運動（橫搖、縱搖和垂蕩）較小，近似于剛性浮筒所受水平方向波浪力較大通過張力腿在平面內(nèi)呈現(xiàn)柔性，較大的環(huán)境載荷通過慣性力來平衡張力腿平臺為半順應半剛性結構形式。2023/2/311張力腿平臺運動的固有周期垂蕩運動2-4s縱、橫蕩運動100-200s橫搖、縱搖運動低于4s首搖的運動高于40s整個結構的頻率跨越波浪的一階頻率譜兩端，可以避免結構和海浪能量集中的頻率發(fā)生共振。2023/2/312張力腿平臺的動力學問題波浪差頻載荷是緩慢變化的力，與張力腿平臺水平面內(nèi)固有長周期運動的頻率接近，誘發(fā)水平面內(nèi)的大幅共振運動。紊流風的激振頻率也在該頻率范圍，加劇平臺的慢漂運動。波浪的高頻分量和高頻水動力會引起的平臺水平面外平臺的彈跳振動（Spring或者Ringing）。高度約1000m的張力腿，承受波流聯(lián)合作用，發(fā)生非線性渦激振動，出現(xiàn)亞諧振動和組合共振響應?？紤]來自張力腿的預張力和動態(tài)張力，張力腿承受橫向波流載荷和軸向激振力，發(fā)生參數(shù)激勵振動，是導致張力腿結構的大幅振動和失穩(wěn)的重要原因。2023/2/313Spar平臺的組成平臺本體系泊系統(tǒng)平臺主體平臺上體主體外殼浮力系統(tǒng)中央井立管系統(tǒng)Spar平臺2023/2/314Spar平臺的組成平臺本體系泊系統(tǒng)平臺主體平臺上體主體外殼浮力系統(tǒng)中央井立管系統(tǒng)Spar平臺鏈-鋼纜-鏈結構聚酯纖維纜2023/2/315垂蕩運動縱蕩／橫蕩縱搖／橫搖首搖渦激振動Spar平臺的動力學問題無自身回復力無自身回復力首搖激勵力很小可以忽略不計半張緊系統(tǒng)，水平剛度大位置漂移比較?。?%水深小于6%水深回復力矩由重力和浮力形成的力偶決定運動性能的要求通常來自于立管和頂層模塊的設計＜10°2023/2/316Spar平臺垂蕩運動垂向剛度主要取決于水線面的面積。系泊系統(tǒng)拉力的垂向分力與之相比可忽略不計。外部激勵力長周期涌浪的外部激勵力。運動響應共振情況下，垂蕩響應會急劇增大，并會產(chǎn)生縱搖耦合運動。改善措施螺旋側板和垂蕩板。2023/2/317Spar平臺渦激振動漩渦自主體上周期性脫落周期激振力渦激振動、渦激運動鎖定效應共振很大應力、系泊和立管的疲勞損害減少整個平臺的疲勞壽命螺旋側板螺旋側板和垂蕩板結構水動力特性研究也是Spar平臺需要研究的重要問題。2023/2/318Spar平臺的固有周期垂蕩運動25～40s

橫搖、縱搖運動40～80s

縱、橫蕩運動150～350s參數(shù)激勵運動縱搖運動幅值增大運動失穩(wěn)動張力突變平臺系索張力分析屬于強非線性動力學問題，包括：載荷非線性、纜索分段結構剛度非線性、材料本構關系非線性、系泊纜交替松弛－張緊引起的復原剛度非線性。2023/2/319針對深水平臺的結構特征，可以歸納為如下動力學問題：一階波頻響應二階差頻及和頻響應柔性構件(系索、立管等)的動力特性修正的Morison公式輻射／繞射方法小尺度結構大尺度結構2023/2/320針對深水平臺的結構特征，可以歸納為如下動力學問題：一階波頻響應二階差頻及和頻響應柔性構件(系索、立管等)的動力特性修正的Morison公式輻射／繞射方法小尺度結構大尺度結構平均漂移、長周期慢漂(差頻運動)、高頻響應的彈振（Springing）(和頻運動)、高階脈沖力(Ringing)2023/2/321針對深水平臺的結構特征，可以歸納為如下動力學問題：一階波頻響應二階差頻及和頻響應柔性構件(系索、立管等)的動力特性修正的Morison公式輻射／繞射方法小尺度結構大尺度結構平均漂移、長周期慢漂(差頻運動)、高頻響應的彈振（Springing）(和頻運動)、高階脈沖力(Ringing)波流作用下的渦激振動、系索系統(tǒng)與平臺主體的耦合分析，主要是極限承載能力、疲勞斷裂可靠性等2023/2/322二、半潛式結構平