桩基式海洋平台的模态分析和非线性动力响应

作     者：郑兆昌 程保荣 Zheng Zhaochang and Cheng Baorong(Department of Engineering Mechanics Tsinghua University)

作者机构：清华大学 

出 版 物：《力学学报》 (Acta Mechanica Sinica)

年 卷 期：1986年第S1期

页      面：187-194页

学科分类：08[工学] 0823[工学-交通运输工程] 

主　　题：基式 流体 方程 海洋平台 海上平台 响应分析 模态综合 波浪理论 模态减缩 非线性动力响应 模态分析 

摘      要：桩基式海洋平台的组成,是由平台及其上部设备搁置在钢导管架的顶部,并用桩通过导管架的桩腿打入海洋土壤中,将导管架固定到海底,在动力分析中总是必须要考虑流体-结构-桩-土的相互作用。作用于这一系统上的动载荷包括波灌、风载、流、设备载荷、地震等。其中波浪载荷是基本重要而且在本质上是非线性的。桩土的相互作用可由分布的弹簧表征,其刚度的非线性变化由p-y曲线定出。由于这一大型复杂系统的求解方程,无论是线性或是非线性的,其自由度都太高,采用通常的有限单元法进行动力分析是困难的其至是不可能的。 本文首先采用一种模态综合技术,即部件模态综合法,进行模态分析;而后将模态综合和模态叠加法推广到研究在规则波浪载荷作用下系统的非线性动力响应。按照特定的波浪理论,由给定的设计波可以计算出波浪力。由模态综合和模态叠加获得减缩的系统非线性动力方程,采用直接积分法(Newmark-B)进行求解,在每一步长或迭代过程中,非线性波浪力和非线性土壤反力将移置到方程右端作为伪力矢量。这样可以节省计算机的存贮和机时,其成功的关键是由于能够显著地降低系统的自由度而又不改变问题的物理本质。采用两次成功的减缩方法,系统自由度可以下降两个量级,例如1000自由度系统可以降为100自由度进行模态分析,?