基于ansys的trussspar平台的力学分析

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1、基于ANSYS的TRUSSSPAR平台的力学分析郑州大学力学与工程科学学院王璐摘要：20世纪80年代以来，Spar平台被广泛应用于人类开发深海的事业中，担负了钻探、生产、海上原油处理、石油储藏和装卸等各种工作。目前，世界上的Spar平台分为三代，分别是ClassicSpar、TrussSpar和CellSpar,木文以墨丙哥湾的一座典型的TrussSpar为分析对象，使用ANSYS软件对其进行静动载荷分析、模态分析及谐响应分析。研究结果表明：该SPAR平台在常规载荷作用下整体结构应力水平及位移较低，符合规范要

2、求；当外部载荷作用频率接近固有频率时，会使结构产生共振现象，造成不利影响。关键词：SPAR平台；ANSYS；模态分析；谐响应分析一、工程背景海上油田的开发从海岸到500m的水深花了很长时间，而从500m到1500m的水深却只用了十几年。这样的快速发展得益于深海平台技术的不断更新和发展，特别是近年来TLP和Spar技术的出现。［1］Spar平台（深水浮筒平台）属于顺应式平台的范畴，被广泛应用于人类开发深海的事业中，担负着钻探、生产、海上原油处理、石油储藏和装卸等各种工作，成为当今世界深海石油开采的有力工具。目前

3、，世界上的Spar平台分为三代，分别是ClassicSpar、TrussSpar和CellSpar,即经典式、桁架式和分简集束式。Spar平台的中心处开有中央井，中央井内装有独立的立管浮筒，具有良好的灵活性。生产立管上与平台上体的控井和生产处理设施相连，向下则一直延伸到海底油井。［2］Spar平台的油气产品有两种输出方式，它既可以通过柔性输油管、SCR立管或顶紧张式立管将油气产品直接输送到海底管道系统，也可以将石油储藏在Spar平台的主体中，然后用油轮将石油向岸上运输。由于釆用了缆索系泊系统固定，使得Spar

4、平台十分便于拖航和安装，在原油田开发完后，可以拆除系泊系统，直接转移到下一个工作地点继续使用，特别适宜于在分布面广、出油点较为分散的海洋区域进行石油探采工作。［3］二、TrussSpar平台的结构特点及荷载情况本文所用的分析模型是位于墨西哥湾的一座典型性的TrussSpar平台，这座平台建在水深1500m处，其硬舱位于平台主体的上部，是圆柱体结构，主体直径32.0m，总长为68.88m;甲板尺寸40×40×lm;框架结构由三块厚0.8m的垂荡板及数十根X型桁架构成，总长为96m（共4层

5、），X型桁架直径1.25m，竖向桁架直径2.0m;底部压载舱位于主体下部，长5m。载荷情况：根据公式计算，甲板上所受风力为7254N，水面上的主体所受风力为9199.8N,浮力值85417N。设置海洋环境参数：波高6.2m,波周期11.1m,风速16.4m/s,波速1.05m/s,海流流速（m/s）:2.07（海面），1.49（中部），1.04（底部），工作水深1500m。三、选用的单元特性及材料整体模型主要采用SHELL63和PIPE59两种单元。其中甲板、上部主体结构和垂荡板、底部压载舱采用SHELL63

6、单元，桁架部分采用PIPE59单元。选用的材料为两种：1、Q235钢密度ρ=7800kg/;弹性模量E=2.06×1011N/;泊松比：μ=0.3。2、含有少量钢成分的复合材料密度ρ=2000kg/;弹性模量E=2.06×1011N/;泊松比:μ=0.3。四、主要建模过程1.执行MainMenu〉Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete命令，建立SHELL63和PIPE59单元。执行MainMenu〉Preproces

7、sor>RealConstants>Add/Edit/Delete命令，输入SHELL63和PIPE59对应的不同实常数。执行MainMenu>Preprocessor>MaterialProps〉MaterialModels命令，弹出定义材料模型行为对话框，在对话框中输入两种材料的弹性模量，泊松比和密度。2.首先建立桁架部分的底部正方形；再将该正方形向上方用COPY操作移动24m,连接成立方体；继续用布尔操作的copy生成四个相接的立方体；连接X桁架；然后继续建立底部软舱的正方形，再在第•一个立方体上部建立

8、垂荡板，向上COPY3个；下面建立硬舱部分：首先将工作平面移至立方体的底部，然后在XY平面创建硬舱的圆形底面，再通过EXTRUDE操作将圆弧向Z正方向拉成圆柱体的外表面，最后再圆柱体上表面生成甲板部分。为了方便只在硬舱的水平面以上部分加风载荷，需要先将工作平面移到交界面，然后使用布尔操作的divideareabyworkplace将圆柱体的外表面分成上下两个部分。2.单元格划分。执行MainMenu