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结合电磁感应与颗粒阻尼的垂荡板制造技术

技术编号:19004171 阅读:26 留言:0更新日期:2018-09-22 06:33
本发明专利技术涉及一种结合电磁感应与颗粒阻尼的垂荡板,包括垂荡板腔体外壳、内部加强桁架、颗粒、颗粒外套管和缓冲材料。垂荡板腔体外壳为中空、边缘切角形式的长方体或圆柱体壳,垂荡板腔体外壳内架设加强桁架,垂荡板腔体外壳内部剩余空间布置颗粒外套管,颗粒外套管内部填充颗粒,垂荡板腔体外壳内侧表面覆盖缓冲材料。在风、浪等荷载作用下,通过垂荡板带动周边水流运动产生的黏性阻尼、边缘切角变薄增大外侧漩涡脱落撞击概率产生的能量耗散、内部颗粒运动引发电磁感应形成的能量转化消耗以及颗粒与边界碰撞产生的能量耗散来转化并耗散结构的动能,增大结构阻尼,同时通过附加质量的增大提高结构固有周期,有效抑制半潜式海洋平台的垂荡运动,提高海洋平台的使用性能。

Combined heave board with electromagnetic induction and particle damping

The invention relates to a pendulous plate which combines electromagnetic induction with particle damping, including a pendulous plate cavity outer shell, an internal reinforced truss, a particle, a particle outer casing and a buffer material. The outer shell of the pendulous plate cavity is a rectangular or cylindrical shell with hollow and tangential edges. The outer shell of the pendulous plate cavity is provided with a reinforced truss. The outer casing of the particles is arranged in the residual space of the outer shell of the pendulous plate cavity. The inner surface of the outer casing of the pendulous plate cavity is covered with buffer materials. Under the action of wind and wave, the viscous damping caused by the movement of the surrounding water flow driven by the pendulous plate, the energy dissipation caused by the thinning of the edge shear angle and the increase of the impact probability of the outside vortex shedding, the energy conversion consumption caused by the electromagnetic induction caused by the internal particle motion and the energy dissipation caused by the collision between particles and the boundary are transformed and combined. It dissipates the kinetic energy of the structure, increases the damping of the structure, and improves the inherent period of the structure by increasing the additional mass. It can effectively restrain the heave motion of the semi-submersible offshore platform and improve the service performance of the offshore platform.

【技术实现步骤摘要】
结合电磁感应与颗粒阻尼的垂荡板
本专利技术涉及一种结合电磁感应与颗粒阻尼的垂荡板,具体的说是在外形改进后的垂荡板内部可引发电磁感应的颗粒阻尼装置辅助耗能,应用于半潜式海洋平台的垂荡运动控制,属于海洋工程振动控制领域。
技术介绍
海洋平台中,半潜式平台相较于其他常用类型平台,具有抗风浪能力强、适应水深广、用途广泛的特点,逐渐成为深海钻井的主流平台。但由于吃水浅的特点,半潜式平台的垂荡振动问题尤为显著,影响其使用性能。为解决这一问题,垂荡板作为附属结构被引入。通过在平台下方足够深度处设置于平台主体结构相连的水平平板,增大了平台垂荡运动方向的附加质量,从而增大了平台垂荡的固有周期,使之可避开波浪能量集中的周期范围,同时有效增大垂荡时的黏性阻尼,减轻平台的垂荡振动。然而,目前常见的垂荡板仍存在着一些不足:首先,传统的垂荡板需设置在较大深度处才能起到良好的控制垂荡运动效果,但这将使成本急剧上升,且半潜式平台主体结构吃水较浅,垂荡板不宜布置太深;其次,对于正常设计的半潜式平台,垂荡板提供的附加质量对整体结构影响不大;并且,传统垂荡板主要依靠边缘漩涡脱落碰撞耗散能量,所能提供的阻尼也不够大;此外,传统垂荡板还常因出平面的结构强度不足遭到破坏。因此,在现有垂荡板的基础上加以改进,将垂荡板作为容器,并结合电磁感应与颗粒阻尼技术,可以有效提高垂荡板装置的阻尼耗能能力,对减轻半潜式海洋平台的垂荡运动具有重要意义。
技术实现思路
为解决传统垂荡板在半潜式海洋平台的应用中附加质量不大、阻尼有限造成效果不佳的问题,同时增强垂荡板的结构安全性,本专利技术提出一种结合电磁感应与颗粒阻尼的垂荡板,该装置在发挥传统垂荡板优势的基础上加以改进,引入可引发电磁感应效应的颗粒阻尼装置,并优化垂荡板自身外形与结构,可有效减轻半潜式海洋平台工作时的垂荡运动,进而提高海洋平台的使用性能。为实现上述目的,本专利技术采取如下技术方案。本专利技术提出的结合电磁感应与颗粒阻尼的垂荡板,由垂荡板腔体外壳1、加强桁架2、颗粒3、颗粒外套管4和缓冲材料5组成,其中:所述垂荡板腔体外壳1为中空、边缘切角形式的长方体或圆柱体壳体;所述加强桁架2位于垂荡板受体外壳1内,且加强桁架2的顶部连接垂荡板腔体外壳1内壁顶部,加强桁架2的底部连接垂荡板腔体外壳1内壁底部,加强桁架2为垂荡板腔体外壳1提供结构支撑;所属垂荡板腔体外壳1内部剩余空间布置有颗粒外套管4;每个颗粒外套管4内部填充有颗粒3;垂荡板腔体外壳1内壁表面覆盖有缓冲材料5;在风或浪等荷载作用下,通过垂荡板带动周边水流运动产生的黏性阻尼、边缘切角变薄增大外侧漩涡脱落撞击概率产生的能量耗散、内部颗粒运动引发电磁感应形成的能量转化消耗以及颗粒与边界碰撞产生的能量耗散来转化并耗散结构的动能,增大结构阻尼,同时同时通过垂荡板的自重及其与水的相互作用,增大了附加质量,使整体结构的固有周期增大,避开波浪能量集中的周期范围,有效抑制半潜式海洋平台的垂荡运动,提高海洋平台的使用性能。本专利技术中,垂荡板腔体外壳1设计为边缘切角的长方体或圆柱体壳形式,腔体整体外观厚度相比传统垂荡板略加大,使内部留有存储附加阻尼装置和颗粒运动的空间。本专利技术中,颗粒外套管4内部填充具有永久磁性的颗粒3,使得颗粒运动时可引发电磁感应效应,将动能转化为电能,并进一步转化为内能耗散能量;垂荡板腔体外壳1内侧表面覆盖缓冲材料5,同时起到增强颗粒撞击带来的能量耗散和保护外壳的作用。本专利技术中,所述垂荡板腔体外壳1为边缘切角的长方体或圆柱体壳,边缘厚度不超过1m,边缘切角倾斜面与水平面夹角为30°~60°。本专利技术中,所述内部加强桁架2由型钢或冷弯薄壁型钢杆件构成。本专利技术中,所述颗粒3为球状永久磁体,其直径为2mm-50mm,不大于颗粒外套管4的内径。本专利技术中,所述颗粒外套管4为母线竖直的空心圆柱,,其材质为无磁性且具有一定电阻的电导体,例如,铜。本专利技术中,所述缓冲材料5包括橡胶、泡沫塑料或针织棉中任一种或多种,以增加碰撞所耗散的能量并保护外壳。与现有技术相比,本专利技术的优点如下:1)颗粒阻尼的引入帮助耗散了大量能量,有效增大了垂荡运动时结构的阻尼,且颗粒阻尼具有可控制振动频率范围大的特点,而海洋平台在随机性明显的波浪荷载作用下,其垂荡振动的频率范围也较大,因此,颗粒阻尼对海洋平台垂荡控制效果显著。2)电磁感应与颗粒阻尼技术的结合使得在颗粒运动过程中能产生有效的能量转换,将颗粒动能转化为颗粒外套管中电流的电能,进一步通过外套管的电阻作用将电能转化为内能耗散,显著提高了动能的耗散效率,有效增大系统阻尼。3)数值模拟分析表明,切角后的垂荡板由于边缘变薄,加大了上下边缘脱落漩涡相互撞击作用的概率,而撞击过程将耗散能量,从而可使阻尼增大;此外,切角后的垂荡板与水接触的表面积增加,可带动更多的水运动,从而使附加质量增大、黏性阻尼增大。4)本专利技术中,垂荡板整体尺寸增大、中间部位厚度增大,且内部填充颗粒,使之相较于传统垂荡板自重更大,从而可使附加质量增大。5)本专利技术中,内部加强桁架的加入为保证垂荡板自身结构安全性提供了一种结构效率更高的解决方案。附图说明图1是本专利技术结合电磁感应与颗粒阻尼垂荡板的正立面图;图2是本专利技术结合电磁感应与颗粒阻尼垂荡板的侧立面图;图3是本专利技术结合电磁感应与颗粒阻尼垂荡板的俯视图;图中标号:1为垂荡板腔体外壳、2为加强桁架、3为颗粒、4为颗粒外套管、5为缓冲材料。具体实施方式下面结合附图详细说明本专利技术的具体实施方式。如图1~3所示,为本专利技术的一种结合电磁感应与颗粒阻尼的垂荡板实施例,其主要包括垂荡板腔体外壳1、加强桁架2、颗粒3、颗粒外套管4和缓冲材料5。垂荡板腔体外壳1是由8-30mm厚的钢板焊接而成的切角长方体空腔,通过一定的方式固定于海洋平台主体结构,并位于海洋平台下方一定深度。加强桁架2架设于垂荡板内部上下面之间作为结构的垂直支撑,于垂荡板腔体外壳1封闭前完成制造与架设,由型钢或冷弯薄壁型钢杆件构成,桁架的具体形式、尺寸与间距根据结构可靠性验算结果确定。颗粒外套管4为独立成型的铜质空心圆柱,内径为20-200mm,厚度为4-20mm,具体尺寸根据垂荡板整体尺寸进行优选,于垂荡板腔体外壳1封闭前布置于腔体内部空间,不与加强桁架2产生碰撞或重叠。颗粒3为球状永久磁体,也于垂荡板腔体外壳1封闭前注入颗粒外套管4,其直径为2mm-50mm,且不大于对应注入的颗粒外套管4内径。垂荡板腔体外壳1内侧贴上缓冲材料5(比如5mm厚的橡胶、泡沫塑料或针织棉中一种或几种)。本文档来自技高网...
结合电磁感应与颗粒阻尼的垂荡板

【技术保护点】
1.一种结合电磁感应与颗粒阻尼的垂荡板,由垂荡板腔体外壳(1)、加强桁架(2)、颗粒(3)、颗粒外套管(4)和缓冲材料(5)组成,其特征是:所述垂荡板腔体外壳(1)为中空、边缘切角形式的长方体或圆柱体壳体;所述加强桁架(2)位于垂荡板受体外壳(1)内,且加强桁架(2)的顶部连接垂荡板腔体外壳(1)内壁顶部,加强桁架(2)的底部连接垂荡板腔体外壳(1)内壁底部,加强桁架(2)为垂荡板腔体外壳(1)提供结构支撑;所属垂荡板腔体外壳(1)内部剩余空间布置有颗粒外套管(4);每个颗粒外套管(4)内部填充有颗粒(3);垂荡板腔体外壳(1)内壁表面覆盖有缓冲材料(5);在风或浪等荷载作用下,通过垂荡板带动周边水流运动产生的黏性阻尼、边缘切角变薄增大外侧漩涡脱落撞击概率产生的能量耗散、内部颗粒运动引发电磁感应形成的能量转化消耗以及颗粒与边界碰撞产生的能量耗散来转化并耗散结构的动能,增大结构阻尼,同时通过附加的颗粒增大提高结构固有周期,有效抑制半潜式海洋平台的垂荡运动,提高海洋平台的使用性能。

【技术特征摘要】
1.一种结合电磁感应与颗粒阻尼的垂荡板,由垂荡板腔体外壳(1)、加强桁架(2)、颗粒(3)、颗粒外套管(4)和缓冲材料(5)组成,其特征是:所述垂荡板腔体外壳(1)为中空、边缘切角形式的长方体或圆柱体壳体;所述加强桁架(2)位于垂荡板受体外壳(1)内,且加强桁架(2)的顶部连接垂荡板腔体外壳(1)内壁顶部,加强桁架(2)的底部连接垂荡板腔体外壳(1)内壁底部,加强桁架(2)为垂荡板腔体外壳(1)提供结构支撑;所属垂荡板腔体外壳(1)内部剩余空间布置有颗粒外套管(4);每个颗粒外套管(4)内部填充有颗粒(3);垂荡板腔体外壳(1)内壁表面覆盖有缓冲材料(5);在风或浪等荷载作用下,通过垂荡板带动周边水流运动产生的黏性阻尼、边缘切角变薄增大外侧漩涡脱落撞击概率产生的能量耗散、内部颗粒运动引发电磁感应形成的能量转化消耗以及颗粒与边界碰撞产生的能量耗散来转化并耗散结构的动能,增大结构阻尼,...

【专利技术属性】
技术研发人员:鲁正夏冰鲍泽华
申请(专利权)人:同济大学
类型:发明
国别省市:上海,31

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