悬臂梁结构分析

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1、悬臂梁结构分析：以某型自升式钻井平台的悬臂梁为例建立相应结构分析模型，给出了分析的载荷及边界条件，并对不同载荷条件下的计算结果进行了分析和评估，可作为此类结构设计的参考。　　关键词：悬臂梁，结构分析.　　Abstract:toacertaintypeofjack-updrillingplatformasanexampleofthecantileverbeamestablishcorrespondingstructureanalysismodel,andgivesouttheanalysisofloadandbound

2、aryconditions,andundertheconditionsofdifferentloadcalculationresultsareanalyzedandevaluated,andcanbeusedforthiskindofstructuredesignofthereference.　　Keyandstructureanalysis.　　　　　　：O655.4：A：　　正文：　　1引言　　陆上可利用的资源和能源越来越少，许多国家都把开发利用海洋资源和能源作为国家战略[1]。经过近几十年的高速发展，我国的能源

3、问题日益严峻。我国的海域辽阔，海上资源的开发潜力巨大，是未来我国能源可持续发展的重点[2~4]。　　海上作业平台是进行海上资源开发的重要装备，目前我国在海上钻井平台的开发设计方面与技术先进国家尚有较大差距。移动式海上平台在我国海上油气勘探开发中发挥着重要作用[5]，开展海上平台关键技术研究对保障我国能源安全和推动我国装备制造业的发展具有重要意义。　　自升式钻井平台属于海上移动式平台，适宜于近浅海作业，是目前被广泛使用的海上钻井装备之一。本文以某型自升式钻井平台的悬臂梁为例，对其进行结构分析和强度评估，为此类结构的设计

4、提供参考方法。　　2悬臂梁分析模型　　大型通用有限元程序MSC.Patran/Nastran被广泛应用于船舶及海洋工程领域，并且通过多数主要船级社的认可，本文采用该程序对悬臂梁进行建模和结构分析。　　本文对静载工况下的悬臂梁结构进行分析。悬臂梁结构的主要承载构件为左、右舷侧的纵向舱壁结构，考虑到结构的对称性，对分析模型进行适当简化，取右舷的纵向舱壁结构进行分析。　　悬臂梁分析模型由壳与实体单元组成，舱壁结构的板材和扶强材部分采用壳单元模拟，舱壁结构底部和顶部的厚法兰板材采用实体单元模拟。整个模型共有节点8126个，单

5、元8560个，其中实体单元1306个，四边形壳单元5827个，三角形壳单元1427个。悬臂梁的分析模型如图1所示。　　　　图1悬臂梁结构模型　　悬臂梁结构的所有材质为高强或超高强度钢，最小屈服应力不小于355MPa。舱壁结构的主要构件包括井架下舱壁板、顶部和底部厚板及其中间的舱壁板，其余的为次要构件。平台外部结构的设计最低温度为－20°C，舱壁板材的板厚及对应材料等级如表1所示。　　　　　　舱壁结构在底部基线0～2.61m、5.22～8.535m高度范围内及舱壁与井架横梁连接位置采用HT53和EQ56级超高强度钢，其

6、余部位结构采用DH36、EH36级高强度钢材。　　3载荷条件　　分析采用的载荷取自悬臂梁结构的设计载荷，设计载荷具体内容如表2所示。　　　　　　分析时，最大的合成井架载荷取11564.8kN，这一载荷值包含所有的回复力、大钩/转动载荷和拉力载荷。　　根据悬臂梁和井架在不同位置时的作业载荷情况，选取两种关键载荷工况进行结构分析。　　1）工况1：悬臂梁处于最大伸长状态，钻井中心位于船体外侧22.86m，向右舷侧移4.572m。施加的载荷如表3所示。　　　　　　在工况1载荷条件下，悬臂梁前端部的固定载荷达到最大值，相应的大

7、钩载荷为4852.768kN，不考虑钻杆载荷。　　2）工况2：最大剪切状态，钻井中心位于船体外侧13.716m，向右舷侧移4.572m。施加的载荷如4所示。　　表4工况2载荷　　　　　　在工况2载荷条件下，悬臂梁的支承载荷达到最大值，相应的大钩载荷和转动载荷分别为7116.8kN和4448kN，不考虑钻杆载荷。　　4边界条件　　悬臂梁的支承位置边界采用弹簧单元来模拟，悬臂梁前端的底部的法兰与固定扣装置之间的间隙采用设定的位移边界来代替，模型的一侧施加侧向约束。不同工况下的边界约束具体如图2、3所示。　　　　图2工况1

8、边界约束　　　　　　图3工况2边界约束　　5计算结果及分析　　5.1计算结果　　各工况载荷下的悬臂梁结构应力计算结果（Pa）如下：　　1）工况1：悬臂梁最大伸长状态（最大弯矩状态）　　　　图4等效应力分布　　　　图5纵向应力分布　　　　图6剪应力分布　　2）工况2：最大剪切状态　　　　图7等效应力分布　　　　图8纵向应力分布　　　　图9剪应力分