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坐底式钻井船浮态的强度分析

发布于:2016-07-16 19:31
强度分析

      我国是海岸线较长的国家。分析表明,我国海岸线的海滩、潮间带以及浅海,极浅海区域蕴藏着丰富的石油资源,是石油勘探的地区。例如,辽东半岛、渤海湾及南海等都有辽阔的浅海区域侍开发。要开发这些区域,就必须要有一种特殊的海上钻探设备—坐底式钻井船。从年我国自行设计造了第一艘坐底式钻井船—“胜利一号”钻井船以来,陆续地研制或国外引进钻井船。近年来,我国还着手研制适合于海滩潮等极浅海区域洁探的坐底式。由于钻井胎结构上的特殊性,要求它在漂浮、坐底和沉浮工况时具有足够的强度和刚度。本研究主要在“规范”没有对这类钻井船的总强度作出明确规定的情况下,如何来进行漂浮状态的总强度分析和刚度分析计算。
      坐底式钻井船被拖曳到预定井位后,由漂浮状态慢慢坐列海固桩后即可进行钻探作业。根据该结构的工作特点,其船沐必须由坐底舱、远离水面的平台甲板以及连接它们的立柱和支撑组成。钻井作业时,坐底仓坐海底,承受上部的全部载荷。拖航时,坐底舱要漂浮在水面。因此将坐底仓做成大面积的箱形结构,F台甲板为板梁结构,坐底仓和平台甲板之间由立柱和支撑连接成一个空间的结构物。
      支撑结构通常有两种形式,一种是由密集的小立柱和支撑钩成,成二个互相关连而又互相能作相对运功的部分。不论是哪一种坐底钻井部是长宽比较小的人型空间结构。例如“胜利四号”钻井船,船长为63.86米,船宽为24米,平台甲板离基线高为8.52米,它的长宽比是2.6。它们在远距离拖航时,当遇到恶劣的天气,船斜置于波浪上,即波峰或波谷在船对角线上时,由于浮力变化很大,使钻井船处于最不利的受力状态,产生严重的纵向弯曲、横向弯曲和总体性的扭转变形。由此可见,坐底式钻井船漂浮状态的强度和刚度是一个应该值得设计者重视的问题。
      用有限元分析船体结构时,往往有以下几种模型化方法,一种是将船体全部构件作为平面应力元(膜元);另一种是以骨架为主,配合板元,即板梁结合的模型,这两种计算模型虽然计算精度比较高,但节点和单元数很多,机时也多,费用大。所以,对于坐底式钻井船这种比较复杂的空间结构,可以采用第三种方法解决,即将船体所有构件都简化为梁元,组成一个空间的梁系来计算。从坐底式钻井船结构特点来看,作为空间梁系来进行强度分析,是比较真实地反映了这类钻井船的强度情况的。
      在理想化梁元时,各梁元是以其中和轴为代表,且汇交于节点处。但坐底式钻井船的坐底舱为大面积的箱形结构,它的中和轴与同它连接的立柱或支撑的中和轴并不交于一点。引入“刚性端”的概念后,可以有效的解决这个问题。如图所示,Ai段为抗弯刚度很大的刚性段,A为梁元的端点,i为节点号。由于箱形坐底舱的刚性远比立柱或支撑强,所以采用“刚性端”,比较好地反映此结构的实际情况。


                                                                                  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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