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自升式平台塔形井架的结构强度分析

发布于:2016-02-28 16:20
强度分析

      塔形井架是横截面为正方形或矩形的塔形结构,其构件四面成网络或析架结构,因此它具有很大的组合截面惯性,整体稳定性好、承载能力大。由于海洋平台所处的海洋环境十分复杂和恶劣,载荷不确定因素多,因此结构强度分析自然成为设计阶段的重要研究内容。本研究用SACSApp建立海洋塔形井架HJJ900-52的有限元模型图,计算井架静载荷、工作载荷及环境载荷,依据API-4F规范的要求编制32种载荷组合工况,并对其进行了强度分析。
      HJJ900-52为瓶式塔形海洋井架,二层台以下井架立柱采用直立柱结构,二层台立根以上位置开始收口,井架所有杆件形心相交。井架结构较为复杂,因此要对井架进行简化。井架梯子平台、护栏对井架刚度影响较小,在简化时折算成相应的质量。HTVA导轨及顶驱导轨对井架刚度有一定影响,自身自重及环境载荷较大,并传递立根手臂和顶驱的工作载荷,二层台指梁用于横向支撑立根的上端,传递立根产生的载荷;天车座安装在井架顶部,承受钩载及工作绳力,是重要结构部件。故模型可以分为五部分:井架主体、天车座、顶驱导轨、指梁和HTVA导轨,井架钢结构根据其受力特点主要分为立柱、横梁和斜撑三大类,根据其截面几何形状主要用到角钢、双角钢和H型钢。天车座横梁截面尺寸大,手工焊接成工字形钢。二层台指梁的横梁,由于受到指梁悬臂扭矩大,采用矩形截面梁。根据井架各杆件的截面尺寸,在App中建立40种不同截面,并对天车座部分横梁采用了偏置处理,使得模型与实际结构更匹配,模型共有单元823个,节点670个。
      井架节点连接方式包括:焊接、法兰式对接及螺栓摩擦式连接。焊接与法兰式对接均视为刚性节点,不仅承受轴向力而且也承受弯矩作用。对于螺栓摩擦式连接,承受轴向力,只传递端板法向方向的弯矩,故处理为半刚性连接,需要释放节点的旋转自由度。井架立柱之间均为刚性连接,斜撑都为半刚性连接,V形大门下两层为焊接刚性连接,横梁既有刚性连接,又有半刚性连接。有效长度概念是用来计算结构整体与对某一受压杆件的稳定性之间的影响,用系数K来表示。使长度为L的受压杆件的强度与一个仅受轴心载荷长度为K的等效铰端构件的强度相等。有效柱长与实际无支撑长度比值K可大于1.0或小于1.0。SACS中可自定义每根杆件的K值,根据截面惯性矩的方向分为kx和kz。根据每根杆件受力形式,立柱kx=kz=1.0,横梁kx=1.0,kz=2.0,V形大门kx=1.0,kz=2.0,斜撑k=1.0。将井架4个脚视为铰接约束,x,y,z3个方向的自由度,对HTVA导轨底端约束:x方向自由度。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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