基于新型形状记忆合金防屈曲支撑的海洋平台结构振动控制研究

来源 :青岛理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhouyulong456
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海洋平台结构复杂、造价昂贵,所处的海洋环境十分复杂和恶劣。对海洋平台结构进行有效的振动控制是保证结构安全性和耐久性的重要措施。采用耗能减震体系可以延长结构寿命,同时还会降低海洋平台的维护和检测费用,具有重要的意义。防屈曲支撑(Buckling-Restrained Brace,简称BRB)是一种新型耗能减振构件,具有工作性能稳定、耗能减振效果显著、施工安装方便、经济、设计灵活不影响建筑物美观等诸多优点,使其成为各种新建、改造和加固结构抗震设计的较佳选择。近年来,形状记忆合金(Shape Memory Alloy,简称SMA)在多种领域中应用范围广泛。SMA的两个基本特性是形状记忆效应和超弹性,其中超弹性是土木工程领域中最值得关注的力学性能之一。本文以SMA作为核心耗能材料制成防屈曲支撑(下文简称SMA-BRB),并将其应用于JZ20-2MUQ海洋平台中,通过有限元软件ANSYS分析该支撑对海洋平台的减振控制效果。随着振动控制技术的不断发展,“智能化”技术被引入结构振动控制中,以期解决现在复杂结构的振动控制问题。结构智能控制主要包含两方面内容,一是以智能控制算法为基础的智能控制,如模糊控制和遗传算法等;二是以智能驱动或智能阻尼装置为基础的智能控制,如压电材料和形状记忆合金等。本文的主要研究内容:(1)对SMA-BRB支撑施加静力往复位移荷载,分析其塑性滞回性能进而考察其耗能能力。采用ANSYS有限元软件对设计的支撑进行了有限元仿真分析。将数值模拟结果与试验测试结果进行了对比分析。发现计算结果与试验得到的结果吻合,支撑克服了普通支撑受压容易屈曲的缺点,使得结构受力更合理。表明这种防屈曲支撑有良好的滞回耗能特性,可应用于结构的振动控制中。(2)将SMA-BRB支撑应用于导管架式海洋平台,利用有限元分析软件ANSYS对海洋平台进行抗震和冰激分析,对比平台增设支撑前后的振动控制效果,据此分析支撑体系的减振效果。为了充分发挥SMA-BRB的作用,需降低原结构自身刚度,故将海洋平台原结构设置隔振层形成海洋平台隔振结构以增加隔振层变形,从而增强耗能能力。研究结果表明设置支撑后的海洋平台隔振结构导管架端帽处的最大位移、甲板处的最大加速度均有较好的控制效果,提升了平台的稳定性、安全性和舒适感。(3)将SMA-BRB与橡胶隔振垫结合形成智能隔振体系,通过模糊控制算法调节该支撑体系的输出控制力。并以渤海JZ20-2MUQ海洋平台为例进行仿真分析,验证模糊控制算法在海洋平台振动控制中的可用性。结果表明,通过模糊控制该隔振体系的减震效果明显,可大大降低海洋平台结构的振动反应。
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