海洋导管架平台冰激振动分析及控制方法研究

来源 :大连海事大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wj963
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海洋平台作为海洋资源开发的主要工作平台,在“一带一路”建设中起到关键作用。在种类繁多的海洋平台设计方法汇总中,因直立腿海洋平台施工技术成熟、应用海况广泛,常将其作为首要的设计选项。近年随着人们对海洋资源的越来越重视,许多学者对海洋平台结构设计的优化方法展开了深入的研究,本文在前人研究的基础上,对冰荷载作用下直立腿海洋导管架冰激振动控制方法开展了深入的讨论,主要内容如下:第一部分:采用SACS软件,基于K(?)rn(?)等提出的渤海随机冰荷载功率谱密度函数,根据渤海海域实际观察所得到的海冰参数概率密度分布函数,应用简谐波叠加法生成的冰荷载时程数据。设计正交试验,分析海冰与直立腿海洋平台之间作用的动力响应,针对直立腿海洋平台冰激振动响应对冰厚、冰速和海冰强度的参数敏感性进行了研究,研究发现:冰厚对最大基底剪力影响最大,对最大倾覆力矩影响最小;冰强度对最大倾覆力矩影响最大,对顶层加速度影响最小;冰速对直立腿海洋平台的冰激振动响应的敏感性极低。第二部分:将结构有限元模型直接转换到MATLAB程序中进行仿真模拟计算,由于结构单元数过多,计算机计算内存难以满足。故采用层间模型简化方法,将有限元模型简化成五个自由度的等效简化模型进行计算。对SACS模型和等效简化模型施加相同的动荷载,验证等效简化模型的有效性。两个模型的动力响应时程曲线拟合修正决定系数为0.9422,证明使用该等效简化模型计算所得到的动力响应具有一定的有效性。第三部分:采用MATLAB深度学习工具箱分别搭建LSTM(Long-Short Term Memory Network)网络和GRU(Gated Recurrent Unit Network)网络,并将其应用于海洋导管架平台冰激振动响应预测程序和振动控制程序中。计算结果表明:GRU网络比LSTM网络的预测结果更加精确有效。将GRU神经网络冰激振动响应预测模型运用在振动控制程序中,可以有效地解决了控制程序中的时滞性问题。并且通过验算发现,输入特征为结构位移响应、速度响应、加速度响应和荷载值组合时,所得到的控制力精确度最高。第四部分:在前人相关研究基础上,参照地震易损性分析,提出海洋导管架平台冰激振动控制评价方法。该方法以结构顶层加速度值作为评价指标,分别讨论了不同加速度等级发生的概率密度分布和超越概率值。研究结果表明:在相应的设计要求范围内,无论冰激振动的剧烈程度如何,基于门控循环的神经网络振动控制方法都能对海洋平台冰激振动响应做出有效的控制,说明该方法是可行的且具有良好的泛化能力。
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