鬼佬大哥大
  • / 6
  • 下載費用:30 金幣  

一種振動監測裝置在圓柱狀海洋工程結構物上的布置方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510333508.8

申請日:

2015.06.16

公開號:

CN104915502A

公開日:

2015.09.16

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 專利權人的姓名或者名稱、地址的變更IPC(主分類):G06F 17/50變更事項:專利權人變更前:中國海洋石油總公司變更后:中國海洋石油集團有限公司變更事項:地址變更前:100010 北京市東城區朝陽門北大街25號變更后:100010 北京市東城區朝陽門北大街25號變更事項:共同專利權人變更前:中海油研究總院變更后:中海油研究總院有限責任公司|||授權|||實質審查的生效IPC(主分類):G06F 17/50申請日:20150616|||公開
IPC分類號: G06F17/50 主分類號: G06F17/50
申請人: 中國海洋石油總公司; 中海油研究總院
發明人: 盛磊祥; 許亮斌; 蔣世全; 殷志明; 劉健; 李迅科
地址: 100010北京市東城區朝陽門北大街25號
優先權:
專利代理機構: 北京紀凱知識產權代理有限公司11245 代理人: 徐寧; 何家鵬
PDF完整版下載: PDF下載
法律狀態
申請(專利)號:

CN201510333508.8

授權公告號:

|||||||||

法律狀態公告日:

2018.04.10|||2017.10.20|||2015.10.14|||2015.09.16

法律狀態類型:

專利權人的姓名或者名稱、地址的變更|||授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及一種振動監測裝置在圓柱狀海洋工程結構物上的布置方法,包括以下步驟:1)建立待監測的圓柱狀海洋工程結構物的有限元模型,并在模型上任意選取m個離散的節點;2)利用有限元方法對有限元模型進行振動模態分析,求解出前n階模態的振動頻率f1,f2,……,fn,以及各階振動頻率所對應的振型,從而得到前n階模態中每一階模態在m個節點中每一個節點的振幅;3)計算在每個節點位置上,各相鄰階模態的振幅差的平方和di;4)將m個節點按照計算出的di值由大到小的順序排列,將振動監測裝置安裝在排列靠前的節點位置上。

權利要求書

權利要求書
1.  一種振動監測裝置在圓柱狀海洋工程結構物上的布置方法,它包括以下步驟:
1)建立待監測的圓柱狀海洋工程結構物的有限元模型,并在模型上任意選取m個離散的節點;
2)利用有限元方法對有限元模型進行振動模態分析,求解出前n階模態的振動頻率f1,f2,……,fn,以及各階振動頻率所對應的振型,從而得到前n階模態中每一階模態在m個節點中每一個節點的振幅,即:
A=X1,1,X1,2,......,X1,mX2,1,X2,2,......,X2,m......Xn,1,Xn,2,......,Xn,m=[Xi,j],i=1,2,......,n;j=1,2,......,m]]>
其中,A表示模態矩陣,Xi,j表示第i階模態在第j個節點的振幅;
3)計算在每個節點位置上,各相鄰階模態的振幅差的平方和di,即:
第1個節點:d1=(X2,1-X1,1)2+(X3,1-X2,1)2+......+(Xn,1-Xn-1,1)2
第2個節點:d2=(X2,2-X1,2)2+(X3,2-X2,2)2+......+(Xn,2-Xn-1,2)2
……
第m個節點:dm=(X2,m-X1,m)2+(X3,m-X2,m)2+......+(Xn,m-Xn-1,m)2;
4)將m個節點按照計算出的di值由大到小的順序排列,將振動監測裝置安裝在排列靠前的節點位置上。

2.  如權利要求1所述的一種振動監測裝置在圓柱狀海洋工程結構物上的布置方法,其特征在于:節點的數量m是待安裝的振動監測裝置的數量的1.5~5倍。

3.  如權利要求1或2所述的一種振動監測裝置在圓柱狀海洋工程結構物上的布置方法,其特征在于:n=50。

說明書

說明書一種振動監測裝置在圓柱狀海洋工程結構物上的布置方法
技術領域
本發明涉及一種振動監測裝置在海洋工程結構物上的布置方法,屬于海洋石油工程領域。
背景技術
海流繞流鉆井隔水管、生產立管、以及其它呈圓柱狀的海洋工程結構物引起的漩渦周期性交替泄放的漩渦會對圓柱體產生脈動變化的流體力,引起結構物的周期性振動,即渦激振動,它是影響服役期間這些結構物疲勞損傷的重要因素,一般在做圓柱狀海洋工程結構物前期設計期間會考慮渦激振動造成的影響。傳統的設計方法以統計規律獲得的海流剖面為輸入條件,在設計壽命內假設圓柱狀海洋工程結構物持續受到恒定的剪切流引起渦激振動,這種設計方法能夠在大多數情況下保證設計的安全余量。但是實際上海流的大小、方向在圓柱狀海洋工程結構物服役期間會發生變化,實際情況下,海流引起的渦激振動激起的頻率范圍可能與設計階段有偏差。因此利用安裝在圓柱狀海洋工程結構物上的振動監測裝置進行實時監測是最好的方法(如圖1所示),但是對于一些用于深水作業的圓柱狀海洋工程結構物(例如隔水管),長度往往較長,全尺寸的監測將采用非常多的監測儀器,給安裝作業和后續的回收作業帶來很大的工作量,而且這么多水下的監測儀器的供電線纜的布置會對平臺空間造成負擔,而且水下監測裝置儀器的租用費用較高,維護難度也非常大。此外,一般情況下,像鉆井隔水管這類海洋工程結構物也會有安裝和作業時間的限制,現場可接受的監測裝置的安裝數量是有限的,如何利用有限的監測儀器獲得更多的振動信息,是困擾設計者的一大難題。
容易想到的一個解決方法是,監測裝置可以優先安裝在振動對渦激振動幅度比較大的位置,但是這種方法的前提是假設海流條件,通過計算得到振動幅值較大的位置,但是實際現場的海流大小和方向都是不斷變化的,這種海流的不確定性可能會導致振動監測裝置安裝位置與設計時的技術要求有所不同,導致無法監測到振動數據。
發明內容
針對上述問題,本發明的目的是提供一種振動監測裝置在圓柱狀海洋工程結構物上的布置方法,按照該方法所布置的振動監測裝置能夠對圓柱狀海洋工程結構物的渦激振動模態進行監測和識別,不受實際海流變化的影響。
為實現上述目的,本發明采用以下技術方案:
一種振動監測裝置在圓柱狀海洋工程結構物上的布置方法,它包括以下步驟:
1)建立待監測的圓柱狀海洋工程結構物的有限元模型,并在模型上任意選取m個離散的節點;
2)利用有限元方法對有限元模型進行振動模態分析,求解出前n階模態的振動頻率f1,f2,……,fn,以及各階振動頻率所對應的振型,從而得到前n階模態中每一階模態在m個節點中每一個節點的振幅,即:
A=X1,1,X1,2,......,X1,mX2,1,X2,2,......,X2,m......Xn,1,Xn,2,......,Xn,m=[Xi,j],i=1,2,.....,n;j=1,2,......,m]]>
其中,A表示模態矩陣,Xi,j表示第i階模態在第j個節點的振幅;
3)計算在每個節點位置上,各相鄰階模態的振幅差的平方和di,即:
第1個節點:d1=(X2,1-X1,1)2+(X3,1-X2,1)2+......+(Xn,1-Xn-1,1)2
第2個節點:d2=(X2,2-X1,2)2+(X3,2-X2,2)2+......+(Xn,2-Xn-1,2)2
……
第m個節點:dm=(X2,m-X1,m)2+(X3,m-X2,m)2+......+(Xn,m-Xn-1,m)2;
4)將m個節點按照計算出的di值由大到小的順序排列,將振動監測裝置安裝在排列靠前的節點位置上。
節點的數量m是待安裝的振動監測裝置的數量的1.5~5倍。
n=50。
本發明由于采取以上技術方案,其具有以下優點:本發明通過模態分析的方法求解出各模態在圓柱狀海洋工程結構物上所選取的離散的節點上的振幅,然后對各節點參照各階模態的振幅差的平方由大到小進行排列,振動監測裝置安裝在排列在前的節點位置上,由于在排列在前的位置上,各階參與振動的模態振幅差異較大,易于監測識別,因此,通過該方法能夠利用有限個振動監測裝置盡可能地識別出較多的振動信息,實現振動監測裝置的合理布置。
附圖說明
圖1是在圓柱狀海洋工程結構物上的安裝振動監測裝置的示意圖;
圖2是以某圓柱狀海洋工程結構物的3階模態振型的舉例示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的描述。
本發明提出了一種振動監測裝置在圓柱狀海洋工程結構物上的布置方法,它包括以下步驟:
1)建立待監測的圓柱狀海洋工程結構物的有限元模型,并在模型上任意選取m個離散的節點,節點的數量m可以是待安裝的振動監測裝置的數量的1.5~5倍。
2)利用有限元方法對有限元模型進行振動模態分析,求解出前n階模態的振動頻率f1,f2,……,fn,以及各階振動頻率所對應的振型,從而得到前n階模態中每一階模態在m個節點中每一個節點的振幅,即:
A=X1,1,X1,2,......,X1,mX2,1,X2,2,.....,X2,m......Xn,1,Xn,2,.....,Xn,m=[Xi,j],i=1,2,......,n;j=1,2,......,m]]>
其中,A表示模態矩陣,Xi,j表示第i階模態在第j個節點的振幅。
3)計算在每個節點位置上,各相鄰階模態的振幅差的平方和di,即:
第1個節點:d1=(X2,1-X1,1)2+(X3,1-X2,1)2+......+(Xn,1-Xn-1,1)2
第2個節點:d2=(X2,2-X1,2)2+(X3,2-X2,2)2+......+(Xn,2-Xn-1,2)2
……
第m個節點:dm=(X2,m-X1,m)2+(X3,m-X2,m)2+......+(Xn,m-Xn-1,m)2
4)將m個節點按照計算出的di值由大到小的順序排列,將振動監測裝置安裝在排列靠前的節點位置上,因為在這些點上,各階參與振動的模態振幅差異較大,易于監測識別。
利用上述實施例給出的方法,能夠利用有限個振動監測裝置盡可能地識別出較多的振動信息,此外,對于圓柱狀海洋工程結構物公知的敏感位置可以增設振動監測裝置,例如對于深水的鉆井隔水管來說,位于泥線附近的部分的振動對進口穩定性和壽命具有較大的影響,因此需要在鉆井隔水管位于泥線附近的部分安裝振動監測裝置。
上述實施例中,對于鉆井隔水管,如果有準確的海流數據,可以按照斯特勞哈定律進行漩渦泄放頻率范圍的計算f泄放min~f泄放max。對比其固有模態頻率f1~fn,按照f泄放的范圍確定實際激勵的模態階數。如果沒有準確的海流數據,一般可以取前n=50階次模態。
下面以3階模態為例,說明本發明方法的有益效果,如圖2所示,當振動監測裝置安裝在各階模態相交的位置1時,將無法識別出在該位置有哪些模態參與了振動,尤其是當振動監測裝置安裝在各模態零點位置2時,將無法監測到振動數據,這是最壞的情況。與之相反,各階參與振動的模態振幅差異較大的地方,易于被監測識別,這些地方也就是各相鄰階模態的振幅差的平方和di較大的地方。
本發明僅以上述實施例進行說明,各部件的結構、設置位置及其連接都是可以有 所變化的,在本發明技術方案的基礎上,凡根據本發明原理對個別部件進行的改進和等同變換,均不應排除在本發明的保護范圍之外。

關 鍵 詞:
一種 振動 監測 裝置 圓柱狀 海洋工程 結構 布置 方法
  專利查詢網所有資源均是用戶自行上傳分享,僅供網友學習交流,未經上傳用戶書面授權,請勿作他用。
關于本文
本文標題:一種振動監測裝置在圓柱狀海洋工程結構物上的布置方法.pdf
鏈接地址:http://www.wwszu.club/p-6373495.html
關于我們 - 網站聲明 - 網站地圖 - 資源地圖 - 友情鏈接 - 網站客服客服 - 聯系我們

[email protected] 2017-2018 zhuanlichaxun.net網站版權所有
經營許可證編號:粵ICP備17046363號-1 
 


收起
展開
鬼佬大哥大