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1、海上油气开发设施因为水深和生产方式的不同，有多种开发设施。大致可以分为 （1）固定平台：导管架平台和重力式，主要用于油气的生产。 （2）移动式平台：主要用于油气勘探，包括自升式和半潜式 （3）单点系泊系统：作为海上油气集输装置，穿梭油轮定位 （4）顺应式平台：研究开发中，国外已经开始应用，用于较大水深。从结构上来分，一般将spar平台分为三部分：平台上体，平台主体和系泊系统（包括锚固基础），其中平台上体和平台主体并称为平台本体。TLP由五大部分组成：平台上体、立柱（含横撑和斜撑）、下体（沉箱）、张力腿系泊系统和锚固基础第二章 确定性载荷卡门涡街：Reynolds数较高的流体流经圆柱体时，在柱体
2、断面宽度最大点附近发生分离。在分离点之后沿柱体表面将发生逆流。边界层在分离点脱离柱体表面，并形成向下游延展的自由剪切层。上下两剪切层之间的区域即为尾流区。在剪切层范围内，由于接近自由流区外侧部分的流速大于内侧部分，流体便有发生旋转并分散成若干个旋涡的趋势。人们称在柱体后面的涡系为“卡门涡街”。 涡激升力：旋涡是在柱体后部两侧交替、周期性地发生的。当在一侧的分离点处发生旋涡时，在柱体表面引起方向与旋涡旋转方向相反的环向流速 因此发生旋涡一侧沿柱体表面流速 小于原有流速v，而对面一侧的表面流速 则大于原有流速v，从而形成沿与来流垂直方向作用在柱体表面上的压力差即升力。当一个旋涡向下游泄放（即自柱体
3、脱落并向下游移动）时，它对柱体的影响及相应的升力FL也随之减小，直到消失，而下一个旋涡又从对面一侧发生，并产生同前一个相反方向的升力。因此，每一“对”旋涡具有互相反向的升力。 涡激振动： 涡激升力周期变化，引起结构发生垂直于轴线方向的振动，称为涡激振动。锁定现象（lock-in）： 当涡激升力频率与弹性结构的固有频率接近，结构的振动会驱使旋涡的泄放频率在一个较大的S范围内固定在结构的自振频率,即振动固定在固有频率上,从而诱发结构剧烈颤振或抖振，这称之为锁定现象。波浪理论研究的方法即求满足波浪表面条件、水底条件下的速度势函数。这是属于在给定的非线性边界条件下求偏微分方程的定解问题。 面临的困难：
4、边界条件非线性。线性波理论是将非线性的波浪自由面条件，近似以线性的边界条件代替，它对应于波高与波长之比（波陡）很小的情况，或者波幅足够小考虑非线性边界条件的有限振幅波理论。 有限振幅波：（1） Stokes波；（2）浅水波（椭圆余弦波） 求解方法：摄动方法，取波陡系数为参数，展开速度势和波速。Stokes有限振幅波特点：（1）考虑波陡系数（波高/波长）；（2）不考虑水深效应，因此仅适合水深较大情况，不适合浅水。椭圆余弦波：是指水深较浅条件下的有限振幅、长周期被(长波)。与stokes波区别：椭圆余弦波考虑水深影响，因而适合于浅水。不同适用范围的划分主要考虑波面形状、波速、水质点运动轨迹、波面的
5、陡度等差异来进行。根据如下因素来确定不同波浪理论的使用范围：（1）水深h （2）波高H （3）波长 （4）波浪周期 小尺度构件，可不计绕射效应 大雷诺数，可不计粘性效应 惯性控制：如果波浪力成分中惯性力远大于波浪力，则称为惯性控制。 （1）建立坐标系（2）选择合适的波浪理论，确定波浪速度和波浪加速度。（3）计算单位长度上的惯性力和拖曳力单位长度上总波浪力：（4）计算杆长上的波浪力及力矩各个桩的波浪力与波浪相位角的有关，所以对桩群应根据不同的波剖面位置来确定作用于其上的最大总波浪载荷（1）桩排垂直于波行进方向：由于均位于相同的波浪相位上，故最大波浪载荷是单桩最大波浪力与桩数的乘积；（2）平行于波
6、行进方向的桩列：由于各桩所对应波浪的相位不同，此时最大波浪载荷应考虑为同一时刻各桩所受波浪力的叠加。注意：（1）由于相邻两杆件之位相差，会使合力有可能叠加或相互抵消。 当迎波向的前柱体处于最大水平波力的位相时，和在同一时刻后一根柱体所受的水平波力相加，并不一定是前后两拄体在同一时刻可能受到的最大水平台波力。因为在同一时刻，后拄体所受的水平波力随着前后两拄体的间距L和波长的不同比值，可能处于任何或正或负，或大或小的水平波力区间。这种影响称为波副面影响。（2）当桩柱之间的距离较近时，柱体之间存在遮蔽和干扰效应关于流体动力系数的结论：（1）附加质量系数的大小，与是否考虑流体阻力项无关（2）液固耦合系
7、统的阻尼随流体阻力的加大而增加。对于D/ o.2的海工结构物，由于结构物存在对波动场显著影响，故必须考虑入射波浪的散射效应以及自由表面效应必须考虑。波浪对大尺度结构物的作用主要是附加质量效应和绕射效应，而粘滞效应可以略去不计。当波浪向前传播遇到结构物后，在结构物的表面将产生一个向外散射的波，这种现象称为绕射。波浪对于大尺度结构的作用力分为两部分：（1）为末扰动入射波波压强对结构物所产生的佛汝德-克雷洛夫力；（2）为扰动波压强对结构物所产生的扰动力，它与附加质量效应和绕射效应有关，称为绕射力传递函数：为一定频率的单位波高引起的作用于结构部件上荷载。 在已知传递函数时，可以由波高得到波浪载荷。第三
8、章 单自由度线性振动系统动力自由度: 描述结构系统任意瞬时空间位置所需要的相互独立的几何参数。单自由度系统：如果振动系统任意时刻的空间位置只需要一个几何参数表达,则称为单自由度系统。系泊原理：（1）依靠缆的重力提供恢复力，缆形状为悬链线 （2）依靠缆的弹性变形提供恢复力。静系泊刚度：指系泊结构发生单位位移时，引起的缆索张力在运动方向的分量，或者说系泊力水平分量与结构位移之间的比值系泊缆的无量纲恢复刚度曲线特性：（1）对于单缆，当位移为负值时，恢复力很小；当位移由负变为正时，恢复力随位移变正而增加。（2）对于一对缆系泊，恢复力关于纵坐标轴是反对称的，位移为正负两种情况时，恢具有硬弹簧特性。无阻尼
9、系统自由振动分析任务：得到系统的固有振动特性,包括得到系统的固有频率和固有振动形式。目的：避免共振，进行振动控制，计算振动响应需要固有频率和振型。结构动力响应：结构体系在外力干扰作用下的振动位移及动内力简谐荷载：如果荷载随时间的变化规律可以由正弦或者余弦函数来表达,例如载荷可以表达为 载荷反映了振动系统所处的环境对系统的干扰作用，这种干扰包括力的干扰和位移的干扰简谐波浪载荷引起的动力响应：（1）第一项表示由初始条件决定的自由振动项,按照系统的阻尼固有频率振动，随着时间而衰减直至消失；（2）第二项表示伴生自由振动项,振动的频率仍然是系统的阻尼固有频率,但振幅与强迫振动的干扰力有关，随时间指数衰减
10、直至消失；（3）最后一项与干扰力有关,以干扰力的频率振动，不随时间衰减，称为纯强迫振动或者稳态振动项或者 之间的关系曲线,称之为幅频响应曲线振动系统响应滞后与激振力相位 与频率比 之间的关系曲线称之为相频特性曲线。相位共振法：以一定频率对结构施加激振力，改变阻尼比，测试出相位 改变阻尼比，如果相位 恒等于90度，则激振频率及等于固有频率。振动的历程响应：振动位移、振动速度等随时间的变化规律，称为振动的历程响应，或者时间历程响应，工程中指稳态响应。任意周期荷载的傅里叶级数表达式：根据傅里叶展开理论,可以将周期荷载表达式展开为傅里叶级数，除第一项为常数可以看作静力外，其余各项均简谐荷载。根据叠加原
11、理，系统总的振动响应应是各个荷载项响应的叠加。冲击载荷的特点：作用时间短暂，小于结构系统的自振周期， 载荷瞬间从零增长到最大，或者从最大减小到零。 在冲击荷载作用下,结构最大响应将在很短的时间内达到,在这之前,结构的阻尼还来不及吸收较多的振动能量,因此,在计算冲击荷载引起的振动响应时,一般不考虑阻尼的影响。将载荷划分为若干冲量元，总的振动响应为所有冲量元引起的响应的迭加之和。也就是说,每个冲量元都可以看作是作用在原来静止状态的系统上，研究各个冲量元引起的响应，而后迭加。对于持续时间 很短的冲击荷载，最大响应出现在自由振动阶段；而持续时间较长的荷载，最大响应出现在强迫振动阶段。最大响应出现在哪个
12、阶段，由比值 决定。第四章 单自由度线性结构的随机响应随机现象:不能用确定的时间与空间坐标的函数描述的现象。随机载荷：随时间或空间坐标的变化具有不规则性的载荷。随机振动：随机载荷（或称为非规则载荷）引起的结构振动。随机过程：结构系统所受随机荷载及其响应（位移、速度、加速度和内力等）都是随时间变化的随机函数，称此为随机过程功率谱密度的物理意义为：频率尺度上每单位间隔的能量有效波高：在一次记录中，最高三分之一大波波高的算术平均值有效周期：定义为三分之大波的平均周期 波浪的能量按照各组成波频率分布，能量谱按频率来分配海表面能量的大小。海浪谱反映了波浪能量按照频率的分布情况。特征波法：是从统计意义上在
13、随机波浪系列中选用某一特征波（如有效波或最大波）作为单一的规则波，近似分析随机波浪对海洋工程结构物的作用确定设计波浪的标准,它包括两个内容：1）确定波浪的重现期；2）选取特征波：波高和平均周期谱分析法：由已知的海浪谱推求作用于结构物上的波浪力谱，从而确定不同累积概率的波浪力的方法。频率响应函数 ：单位幅值简谐载荷作用下的振动响应的幅值脉冲响应函数 ：单位脉冲作用下系统的振动响应函数，反映振动响应随时间衰减变化规律。第五章 单自由度结构的非线性振动非线性振动：当动力学微分方程中除出现响应函数及其一阶和二阶导数的一次项外,还出现它们的高次项时,方程称为非线性的，由非线性方程描述的振动，称为非线性振
14、动。 自由振动的频率与初始条件有关，不再仅由系统的刚度和质量决定。振动频率受初始位移的影响，固有频率概念不再适用硬刚度特性：随位移增加，刚度增大软刚度特性：随位移增加，刚度减少稳定性指运动的幅值相位保持不变的特性。稳定性的研究即是要研究在什么参数的组合情况下，运动的幅值保持不变。非线性结构体系的动力特性主要是：（1）结构振动体系最重要的概念是固有频率,“固有”的意义就在于它与初始条件无关,也与振幅无关，对非线性体系来说,这个概念不存在，体系自由振动的频率与振幅有关,固有频率这个概念本身就没有意义；（2）线性系统强迫振动的频率必然与激励频率相同,但非线性系统强迫振动时,有时异于激励频率的振动成分
15、很突出；（3）强迫振动问题中频率与响应的关系在线性系统和在非线性系统也大不相同,线性系统的频率响应曲线是单值的,而非线性系统的频率响应曲线在一个频率点可能对应若干振幅值,即出现响应多解；（4）在简谐激励作用下,线性系统的振动仍然为简谐振动,响应的大小与初始条件无关,但是非线性系统的响应与初始条件密切相关,由于初始条件不同,其振动响应的发展将出现不同的结果,其一可能表现为周期振动,另外一个可能是更复杂的振动,例如运动失去稳定性甚至进入混沌运动。（5）线性振动系统的振动作为稳定平衡附近的运动总是稳定的,而非线性振动呈现出多种稳定和不稳定运动，稳定的振动（运动）使得相近的其它运动向自己靠拢,而不稳定运动在数学上或近似解中虽然存在,却无法在物理上实现,因此运动的求解和运动稳定性的判断对于非线性振动结构体系是十分重要的次谐波振动：具有n次方的非线性恢复力的系统承受简谐干扰力时，其响应除了与干扰力频率相同的主谐波响应外，还可能有频率为（1/n）干扰频率的谐波对于恢复刚度为三次非线性的振动系统，当 时振动响应中出现频率为3的谐波，这称
