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渤海鋼結構冰激振動的機制

發布者: 發布時間:2016/5/10 17:51:44 閱讀:次 【字體:

1.冰激振動從宏觀上和總體上可看作是一種非線性的耦合振動,海冰與鋼結構物相互作用時產生的振動是由結鉤物的振動與海冰的振蕩兩者耦合而成,即鋼結構物—海冰耦合。從理論上講,應該可以分別寫出鋼結構物系統的振動方程式及海冰振蕩的的運動微分方程式,從而列出一組鋼結構物一海冰耦合振動的方程組。由于海冰振蕩的運動微分方程式中的阻尼力項是非線性,因而這組耦合振動方程組是一組非線性方程組,故稱為鋼結構物—海冰非線性耦合振動。

2.海冰與鋼結構物的相互作用構成了鋼結構物—海冰耦合的反饋系統,海冰作用于鋼結構物的激振力,使鋼結構物系統產生強迫振動;反過來鋼結構物的振動又反饋為對海冰振蕩的觸發,使海冰始終保持自激振蕩,這樣就構成了一個鋼結構物—海冰耦合的反饋系統,從而使這一組非線性耦合振動,經久地持續下去。

3.冰激振動綜合地反映了海冰動力作用所具有的周期性與自激性由于冰激振動既包括了強迫振動,又包括了自激振動,因而它可以全面地、綜合地反映出海冰的動力作用所具有的特性。即當強迫振動時,海冰對結構物的激振力是周期性的;而當自激振動時.則海冰的動力作用具有自激性,是自激振動的動力。

4.海冰與鋼結構物相互作用引起的冰激振動具有“頻率鎖定”現象所謂冰激振動的頻率鎖定現象,就是指當鋼結構物的固有頻率與海冰對固定鋼結構物作用時的頻率較接近時,鋼結構物的振動將迫使海冰作用的頻率固定在鋼結構物的固有頻率附近;而不再按照海冰作用在固定鋼結構物上的頻率作用的現象。渤海的冰激振動實測表明,這種冰激振動的“頻率鎖定”現象確實存在。

5.冰激振動可以頻率鎖定區內外劃分為周期性或自激性激勵為主由于頻率鎖定現象的存在,當在頻率鎖定區內時,海冰作用于鋼結構物的頻率被固定在鋼結構物的固有頻率附近,鋼結構物完全與海冰起,按照海冰自激振蕩的規律來振動,故這時冰激報動以自激性為主。反之,當在頻率鎖定區以外時,海冰作用于鋼結構的頻率不被鎖定,而是按照海冰作用于固定鋼結構物上的頻率作用,故這時海冰以周期性激振力作用于鋼結構物上,使其產生強迫振動,即以周期性激勵為主。

6.頻率鎖定現象的存在可以使強迫振動與自激振動理論二者統一,由于頻率鎖定區以內以自激性激勵為主,冰激振動可以用自激振動理論描述;而在頻率鎖定區以外,以周期性激勵為主,冰激振動可以用強迫振動理論描述。因而,頻率鎖定現象的存在,可以使冰激振動用強迫振動或自激振動理論描述,得到統一。

7.頻率鎖定帶寬的冰激振動特點決定了冰激振動明顯的自激振動特性,由于冰激振動的頻率鎖定帶較寬,使冰激振動大部分處于頻率鎖定帶內,故冰激振動大部份是屬于以自激性激勵為主的自激振動,應該用自激振動理論來描述。

綜合上述七點,即構成了冰激振動的機制。

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