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起重铺管平台的总强度分析

发布于:2016-09-24 09:30
强度分析

      多功能半潜式起重铺管平台是近年来推出的一种新颖的集起重、拆装导管架平台、铺管功能于一体的海洋工程装备。不同的作业模式可在海上直接转换。由于该平台采用独特的U型结构,提供了作业所需的足够空间。本研究针对2X2000功能半潜式起重铺管平台,在其U型结构设计基础上,阐述了该平台结构设计的流程,并对该平台结构强度分析作了详细的先容。为该平台的结构设计提供了重要的参考依据。研究中的水动力分析及有限元分析所使用的App均采用DNV船级社SESAMApp包中的相关子模块。
      半潜式平台的结构设计需在总布置和性能分析完成后进行。主要包括结构型式、构件布置、构件尺寸、强度分析泡括总强度、疲劳强度、局部强度无最终获得满足设计要求的结构。选定结构型式、进行合理的布置后,根据构件所受局部载荷,确定构件尺寸,然后进行有限元分析,以判定其是否满足总强度和疲劳强度要求,凡不满足要求的构件须进行调整。最后复核平台结构的重量重心,若与初始值差别较大,则需重新研究平台的尺度。其结构设计的流程如图所示。
      众所周知,总强度是船舶及海洋工程结构设计的关键所在。下面着重对该平台的总强度分析方法作先容。该平台的主要构造尺度见表,典型作业工况的海况条件见表,由于该平台生存工况的海况条件极高,且远远超过其他工况,所以考核生存工况下平台的总强度,具有重要意义。如果该工况的总强度分析满足有关规范的要求,则可视为验证了该平台结构设计的可行性。因此,本研究仅对生存工况的总强度进行了分析。其中波浪载荷采取短期预报,波浪谱采用TONSWAP谱,谱峰因子取3.30本平台作为常年作业于海上油田的海洋结构物,在其寿命期内所遭受的载荷除了自重、起重作业载荷和静水载荷之外,还将遭受风载荷、流载荷和波浪载荷。这一类海洋结构物通常采用设计波法确定波浪载荷,并且采用百年一遇的海况。此时流载荷和风载荷与波浪载荷相比是小量,因而环境载荷只需要考虑波浪载荷的影响。采用设计波法确定半潜式平台的波浪载荷需要计算典型波浪工况下的设计波参数被浪周期、浪向、波幅和相位。
      计算中采用谱分析方法确定这些参数。根据平台生存工况的海况条件现表,按照ABS《移动式海洋平台入级与建造规范》规定的极限波陡被高比波长久获得一系列不规则波短期海况现表。然后,对表所对应的剖面载荷进行短期预报,从中选取最大短期极值作为该剖面载荷的设计值,并结合各剖面载荷响应的传递函数确定设计波参数。之后,计算平台所在的各设计波下的运动与湿表面水动压力,并施加于平台结构有限元模型之上,进行结构强度分析。根据ABS《移动式海洋平台入级与建造规范》,对于常规型半潜平台的构造而言,应考虑图中特征剖面1,2上如表所示的最大波浪载荷。而该平台为特殊的U型结构,分析中尚应选取图中特征剖面2,3,4上如表所示的最大波浪载荷。在不规则海况的短期预报中,设计波参数的计算采用谱分析方法。对于生存工况,按照ABS《移动式海洋平台入级与建造规范》要求,其波陡为1/1各海况见表。在获得了水平分离力、扭矩、纵向剪力、纵向加速度、横向加速度、垂向弯矩、水平弯矩、横向剖面垂向剪力、纵向剖面垂向剪力的传递函数后,设计波幅可用公式计算得到。
      采用SESAM/PatranPre建立了本平台主体结构的空间板梁组合力学模型。模型整体上采用粗网格单元,网格尺度取为强框间距,应力敏感区如主要连接区域则适当采用细网格单元。外板、舱壁板、甲板板采用板单元,纵析、横梁、纵骨、舱壁扶强材采用梁单元,设备、压载水、吊重等重量采用质量单元。整个模型包括47309个节点及173453个单元。理想化的有限元模型和平台实际重量的差异,可以通过调整材料密度来取得一致。设备重量、消耗品和压载水的重量,通过相应载况的质量模型体现。对于水动压力和静水压力载荷,SESAM程序可以从三维水动力模型中读取数据自动施加到有限元模型上。并且,还将船体六个自由度的惯性加速度施加到有限元模型上,以保证有限元模型的平衡。


                                                                                  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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