海洋平台结构振动控制研究综述

析 、数值模拟 以及模型实验进行研究 。
同设置方式对平 台动力特性 的影响 。结果表 明， 设置组
主 动控 制装置主要有 主动质量阻尼器（ Ｍ ） Ａ Ｄ 、混合 合跨粘弹性耗 能斜撑 的Ｊ ２—２ Ｑ平台结构可 以达 到 Ｚ ０ ＭＵ 质量阻尼器（ Ｍ ） Ｈ Ｄ 等。 如下 的冰振控 制效果 ： 压冰力作 用下， 台结构 的位 挤 平
ｃ ｎ ｒ ｌｏ ｆｓ ｒ ｌ ｔｏ ｌ１ ｎ ｏｃ ｓ ｓｏ ｈｅ ｐ ｓ ｉ ｅ ｃ ｎｔｏ ， ｃｉ ｅ ｃ ｎｔｏ ｎｄ ｓ ｍｉａ ｔｖ ｏｎ ｒ ｌｔ ｃ ｎ ｌ ｙ ｏ ｔｏ ｆ０ｆ ｈｏ ｅ ｐ ａ ｆ ｒ Ｓ ａ ｄ ｆ ｕ ｅ ｎ ｔ ａ ｓｖ ｏ ｒ ｌ ａ ｔｖ ｏ ｒ ｌａ ｅ ． ｃｉ ｅ ｃ ｔｏ ｅ ｈ ｏ ｏｇ ． Ｔ
收 稿 日期 ：２ １ ０２
Ｄ ｓｇ ｅ ｉｎ＆ Ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔ设 计达到减 振 目的 。被 ３ 海 洋平 台结构 振 动控 制研 究状 况
动控 制构 造简单 ，造价低 廉 ，易 于维护 并且无需 外部
海洋 平 台安 置 于无遮蔽 的海 洋环境 里 ，长期遭 受 能源输 入等优点 而受到 了广泛 的研究 与应用 ，其技术 风 、波 浪 、水 流等 的影 响 ，在 恶劣条件 下 ，还 会遭 到 已非 常 成 熟 。被 动 控 制 主要 分 为 基 础 隔振 、耗 能减 地震 以及 坚冰 的作用 ，这些外 部荷载 引起 了海 洋平 台
． 具有 不确 定性 。平 台结构 受 到较 大外 部激励 ，可 能会 ２１ 被 动控 制 被 动控制 无需 外加 能源 ，其 控制力 是控 制装 置随 产 生过大 的振 动响 应 ，影 响人 员安全 ，降低 平 台使用
性 能 ，甚 至导 致结 构疲劳 破坏 。 因此 ，利用 合适 的减
结构 一 起 振 动 变形 时 因装 置 本 身 的运 动 而 被动 产 生
制装置不会 增加结构（ 包括结构和控制元件） 的机械能 ，
尼器 的耗 能减震作用 ，欧进萍『 ４ 出了在平 台结构 导 等提 Ｌ此 保证结 构 的界 限输入及 输 出。相 比主动控制 ，半 管 架端 帽和 甲板 之间设 置紊 陛阻尼层 的新型 阻尼隔振 大 １ 主 动控制更 容易 实施 ，控 制效果 良好 ，最主要 的是所 方 案 。针对渤海Ｊ ２ —２ Ｕ 平 台结构 ，建立 了海洋 平 Ｚ０ Ｍ Ｑ
测基 础上实 现 的主动控制 称为反馈 控制 ，而在结 构环 ３１１ 粘弹性耗 能器 ．．
境 干扰观测 基础上 实现 的主动控 制称 为前 馈控 制 。主
粘弹 性耗 能器具 有构造 简单 、性 能优 良 、造 价低
动 控 制作 动 器 通 常 采用 液 压 伺 服 系统 或 电机伺 服 系 廉 和耐久性 好等优 点 。所 谓粘 弹性是指 同时具 有弹性 统 ，一般需要很 大的能量驱 动。 和粘性 两种不 同机理 的形变 ，综 合体 现弹性 固体和粘 主动 控制 的研究 主要 分为 主动控 制算 法 和主动 控 性流体两者 的特性 。
（ ｏ ｔ ｉａＵ ｉｅｓ ｙｏ ｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｓ ｕｈＣｈｎ ｎ ｖ ｒｉ ｆ ｃ ｎ ｌｇ ，Ｇｕ ｎ ｚ ｏ １ ６ ０） ｔ Ｔ ａ ｇ ｈ ｕ５ ４ ０
Ａｂｓ ｒ ｃ ：Ｔｈ ｉ ｒ ｔｏ ｆｓ ｏ ｅ ｐｌｔｏ ｍｓ ｗｉｌｈ ｒ ｓａ ｆＳｐｈ ｓｃ ｌａ ｄ ｍｅ ｔ ｌｈ ａ ｔ ｃ ｕｓ ａｉ ｕｅ ａ ｄ ｔａ ｔ ｅ ｖ ｂ ａｉ ｎ ｏｆ０ ｈ ｒ ａｆ ｒ ｌ ａ ｍ ｔ ｆ ｙ ｉ ａ ｎ ｎ ａ ｅ ｌ ｈ． ａ ｅ ｆ ｔｇ ｎ ｄ ｓｒ ｃ ｉ ｎ ｏ ｈｅ ｓｒ ｃ ｕ ｅ ｅ ｕｃ ａ ｔｃ ｌｔ ｓ ｒ ｉ ｂｉｉｙ ａ ａ ｕｖ ｒ ｂ ｌ Ｖ Ｏ ｆｓ ｒ ｌ ｔｏ ｍ ｓａ ｄ ｂ ｉ ｇ ｅ ｔｕ ｔｏ ｆ ｔ ｔｕ ｔ ｒ ，ｒ ｄ ｅ ｐｒ ｃ ｉ ａｉｙ， ｕ ｖ ｖａ ｌｔ ｎｄ ｍ ｎｅ ｅ ａ ｉｉ ｆｏｆ ｈｏ ｅ ｐ ａ ｆｌ ｎ ｒｎ ｔ ｒ
ａ ｓ ｒｅｓｏ ｈ ｅ ｔｔ ｉ ｍ ｉ ｉ ｇ． ｅ ｉ ｆｔ ｒ ａ ｏ ｏ ｌ ｎ ｎ Ｔｈｉ ｐ ｒｍ ａ ｎ ｙ ｉ ｔｏｄ ｃ ｓｔ ｅ ｓｕｄ ｎ ｐ ｌｃ ｔｏ ｔ ｔ ｆ ｓｒ ｃ ｕ ｅ ｖｉ ａ ｉ ｎ ｓｐａ ｅ ｉ ｌ ｎ ｒ ｕ ｅ ｈ ｔ ｙ ａ ｄ ａ ｐ ｉ ａｉ ｎ ｓａｕｓｏ ｔｕ ｔ ｒ ｂｒ ｔｏ
１引 言 由于全 球能 源 危机 出现 以及 陆地 油气 资源 的 日益
枯 竭 ，人们 逐渐将 注 意力集 中到海 洋上 。众所 周知 ，
的关 注 。 由于海 洋平 台结 构 响应 的特 殊性 ，对海洋 平 台进行振动控制也相应 具有 一定的特殊 ｌ 生。
深 海 石油 、天然气 资源 十分 丰富 ，开发前 景广 阔 ，随 ２ 结 构 振 动 控 制 的 发 展 状 况 着 社会 经济 与科技 的快 速发展 ，世界 各 国都把 目光投 海洋 油气资源 的开发利 用。 海 洋 平 台是 海 上 油 气 资 源 开 发 的 基 地 ，结 构 复
Ｄ ｓｇ ｅ ｉｎ＆Ｄ ｖ ｌｐ ｎ 设 计开发 ｅ ｅｏ ｍｅ ｔ
海洋平 台结构振 动控制研究综 述
肖 宇 维 ，孙 树 民
（ 华南理１大学 土木与交通学院 ，广州 ５０ ４ ） 二 １６ ０
摘 要 ： 海洋 平 台结构 的振 动 将 会影 响 工作 人 员 的身 心健 康 ，导 致 结构 疲 劳和破 坏 ， 降低 平 台的实 用 性 、 生存 性 以及可 操 作性 ，给 海 上 油气 顺 利开 采 带 来 一 系列 的 威胁 。本文 主要 对海 洋 平 台结 构 振动 控制 的 研 究和 应 用现 状 做 了简 要 的介 绍 ，并 重 点 介绍 了被 动 控制 、主 动控 制 以及 半 主 动控 制 技术 。最 后提 出 了海 洋 平 台结构 振 动控 制存 在 的一 些 问题 。 关键 词 ：海 洋平 台结构 ；振 动控 制 ；智 能控制
振方 法 ，对海 洋平 台进行 振动控 制 ，受到 了越来 越多 的 ．依 靠结构 元件 之间 ，结 构与辅 助 系统 、子 系统之
作者简 介 ： 肖字维 （９ ６ ），男，硕士研究 生，主要从事 结构 振动控制研究 ； １８
孙树 民 （ ９ ９ ）， 男 ，博 士 ， 副教 授 ， 主 要 从 事 结 构 振 动 控 制 技 术 研 究 。 １６ 一
２３ 半 主 动 控 制 ．
移 （ 导管架 端 帽 ）和加速 度 （ 甲板顶层 ）最大 可 以减
半 主 动控制 是主 动控 制 中的一 类 ，但它 所需 的外 少５ ％ ， 曲冰力 作用下， 台结 构的位移最大 可 以减 ３ 弯 平 部 能量 比主动控制 成数量 级 的减 少 。基本 上半 主动控 少４ ％， ０ 加速度 最大减振效 果为３ ％；为 了充分 发挥 阻 ４
内的振动 特征具 有较好 的振动控 制效果 ，缺乏调 节跟 以理论 和数 值模 拟为 主 ，但 也不 乏模 型试 验研 究等 。
踪能力 。 ２２ 主 动 控 制 ＿
目前对海 洋平 台结构振 动控制 的研究 ，主要采 用传统
方法 、被动控制 、主动控制 、半主动控制等。 结 构 主 动 控 制 需 要 实 时 测 量 结 构 反 应 或 环 境 干 ３１海洋 平台结构 被动控 制 ． 扰 ，采 用现代 控制理论 的主动控制算 法在精 确 的结 构 海 洋平 台被动 控制 一般 采用粘 弹性 耗能 器 、渊谐 模型基 础上运 算和决 策最优 控制力 ，最后 作动器 在很 质量 阻尼 器（ＭＤ 、调谐液 体阻尼 器（Ｌ ） Ｔ ） Ｔ Ｄ 、垂荡 阻尼 大 的外 部能量 输人下 实现 最优控制 力 。在 结构反应 观 板 等 。
结 构振 动控 制就是 对结 构在 外部 激励 下 的动力反 向 了广 阔 的海洋 ，并且 建造 了大量 的海洋 平 台 ，用 于 应和 动力不 稳定性 加 以抑 制 ，使 其能够 在规定 的范 同
内工作 ，满 足其正 常使用 的要求 。结构振 动控 制从提 出到 现在 ，已经成 为结构 工程领 域一个 十分活跃 的课
Ｒｅ ｉｗ ｎ ｔ ｅＳ ｕ ｙ ｏ ｔ ｕ ｔ ｒ ｂ ａ ｉｎ Ｃｏ ｔｏ ｒＯｆｓ ｏ ｅＰｌｔｏ ｍ ｓ ｖ ｅ ｏ ｔ ｄ ｆ ｒ ｃ ｕ ｅＶｉ ｒ ｔ ｎ ｒ ｌ ｏ ｆ ｈ ｒ ａ ｆ ｒ ｈ Ｓ ｏ ｆ
ＸＩ ＡＯ ｗ ｅ， ＵＮ ｈ ｍ ｉ Ｙｕ ｉＳ Ｓｕ ｎ
以下 的特 征 ： （ ）固有频 率低 ，且低频模 态 密集 ； Ｊ １ 问题亟待解决 ，这也是 以后研究 的一个重要方面 。
（ 本 质上 的参 数分布 系统 ，具有强耦合 和非 线性 ； ２）
按 照所需 外部 能源 的大 小 ，结构振 动控 制可 分为
］ （ 结 构复杂 ，参数易变 ，自身结构 以及所受 外荷载 被动控制 、主动控制 、半主动控制 和混合控制 四种 。 ３）
制 装置两 部分 。主动控 制算法 主要包 括极点 配置法 、
欧进萍 等ｐ 据Ｊ ２ — ＭＵ 平 台结构 的冰振 反应特 根 Ｚ ０２ Ｑ 线性 二次型Ｌ Ｒ Ｑ 经典最优控制 、线性二次型 Ｇ ｕｓ Ｑ ） 点和平 台结构 尺寸 ，分析不 同海冰设 计条件 、不 同标 ａｓ（ Ｇ Ｌ
最 优 控制 、模 态控制 、滑 移模 态控制 、Ｈ， 和Ｈ。 控 制 高和 方 向的挤 压与弯 曲破坏冰 力作用 下 ，粘 弹性耗 能 ｏ 算 法等 。在海 洋平 台的振动 控制 中 ，主要采 用理论 分 器对平 台振动 控制 的效果 ，并 研究 了粘弹性 耗能器 不
振 、吸能减振 ，被动控 制装 置主要有 调谐质 量阻尼 器 的振 动 ，对人 员身体健 康 ，平 台正 常作业 以及平 台的
ｆＭＤ 、调谐 液体 阻尼器（Ｌ ） Ｔ ） Ｔ Ｄ 、粘 弹性耗 能器 、摩擦 结构 安全等 都产生 了一定 的影响 ，因此引起 了国内外 阻尼器等 。 学者 广泛 的研 究 。海 洋平 台振动控 制涉及学 科丰 富 ， 被 动控 制装 置 的控 制效 果 明显依赖 于输 入激 励 的 学 科交叉性 强 ，只有多方 面 的突破 ，才 能带动整个 研 频谱 特性 和结构 的动态特 性 ，一 般 只对 某种特定 范 围 究 方 向的快 速发展 ，因此 ， 目前 大部分 相关研 究主要
Ｆｉ ａ ｌ ｏｍ ｅｐｒ ｂｌｍ ｓｏｎ ｓｒ ｃ ｕ ｅｖ ｂ ａ ｉ ｏｎ ｒ ｆ ｓ ｒ ｌｔｏ ｍ ｓａ ｅｐ ｔ ｏ ｗ ａ ｄ． ｎ ｌｙ ｓ ｏ ｅ ｔｕ ｔ ｒ ｉ ｒ ｔｏｎ ｃ ｔｏｌ Ｏ ｈｏ ｅ ｐ ａｆ ｒ ｒ ｕ ｓｆ ｒ ｒ
Ｋ ｅ ｗｏ ｄｓ ｔｕ ｔ ｒ ｆｏ ｓ ｒ ａｆ ｒ ；Ｃｏ ｒ ｌｏ ｂｒ ｔｏ ｙ ｒ ：Ｓ ｒ ｃ ｕ ｅ ｏ ｆ ｂｏ ｅｐｌ ｔｏ ｍ ｎｔｏ ｆｖｉ ａ ｉ ｎ；Ｉ ｔ ｌｉ ｅ ｏ ｔｏ ｎ ｅ ｌｇ ｎｔ ｎ ｒ ｌ ｃ
杂 ，体 积庞 大 ，造 价 昂贵 ，位 于无遮 蔽 的海 域 ，需要 题 。结 构 振 动 控 制在 建 筑 工 程 ，桥 梁工 程 ，机 械 工 经 受住暴 风 、巨浪 、地震 、坚 冰等恶 劣海洋 环境 条件 程 ，航 空工程 领域 已经得 到 了广 泛 的研究 与应用 ，但 的考验 。在环 境载 荷 的作 用下 ，海洋 平 台一 般表 现为 是在海 洋工程 领域还 处于起 步 阶段 ，有许 多振 动控制