自升式平台强度分析

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1、在役自升式平台风暴自存状态强度评估天津大学硕士论文答辩学科专业：船舶与海洋结构物设计制造研究生：郭东杰指导老师：唐友刚教授课题背景、目的及意义1有限元模型的建立2载荷计算3结果校核4天津大学硕士论文答辩自振特性分析5本文结论6课题背景我国自70年代开始使用自升式平台，目前共有20多条，占我国移动式平台的70%以上，这些平台服役期均比较长，有些平台已经达到或超过它们的设计寿命，正步入后服役期。天津大学硕士论文答辩课题目的及意义老龄平台长期在恶劣的海洋环境中作业，受到不同海洋环境载荷的共同作用(主要

2、来自风、浪、流、冰和地震等)，不可避免地产生各种腐蚀、变形、疲劳、裂纹、损伤甚至结构破坏，从而降低了平台的工作能力，甚至影响平台的作业安全。部分购入的Jack-up进行改装,如将槽口式改成悬臂梁式，从而改变了结构形式和应力分布,造成承载能力与外载荷的不匹配，所以对其进行结构强度评估是十分必要的。天津大学硕士论文答辩有限元建模—平台简介本文采用的悬臂梁式自升式钻井平台，由水平投影近似为三角形平台主体和3条桁架式桩腿以及各自的桩靴、固桩架、升降装置组成。天津大学硕士论文答辩有限元建模—平台主体平台主体

3、自下而上依次为平台底板、机械甲板和主甲板。机械甲板和船底之间为双层底，有各种液舱,主要承受压载水、钻井水、燃油、淡水等重量；机械甲板位于三个升降室之间；在主甲板首端有生活楼、甲板室和直升机平台，中部为管子堆场，尾部为悬臂梁装置，两侧有起重机。天津大学硕士论文答辩有限元建模—平台主体平台主体为纵骨架式结构，肋位上设置强横梁,且2英尺间隔设置纵骨，构成空间板梁结构。平台共分25个肋位，其中在#2、#6、#10、#14、#22肋位设有横舱壁，桩腿之间的连线上设置强力舱壁。在液体舱内设有止荡舱壁，两道滑轨

4、下设有纵舱壁。天津大学硕士论文答辩有限元建模—平台主体天津大学硕士论文答辩总长64.719m船体型宽53.645m船体型深6.096m桩腿总长109.834m桩腿纵向中心距37.084m桩腿横向中心距36.576m桩腿中心至船艏距离11.684m桩靴直径（对边间距）12.192m桩靴高度6.515m桩靴面积（水平投影）147.251直升机平台直径（对边间距）21.336m最大悬臂长度12.192m平台主尺度有限元建模—平台整体坐标系及单位模型的总体坐标系统以平台首向方向为X轴正向，左舷方向为Y轴正

5、向，竖直向上为Z轴正向。通过25号肋位中点（平台尾部中点，位于平台主体中纵剖面上）向海平面作垂线，垂足点定为总体坐标系原点。模型中采用标准国际制单位。天津大学硕士论文答辩有限元建模—平台主体根据原始设计图纸和改装图纸，针对该平台的结构特点和受力、变形特征，考虑主要纵向构件和横向构件的连续性，建立平台主体模型。采用板梁单元共用结点的方法尽量精细地模拟实际结构，但由于局部构件如肘板等太过复杂，对整体分析影响很小，忽略其贡献，对结构进行合理的简化。天津大学硕士论文答辩有限元建模—平台主体具体的方法是：平

6、台甲板、舱壁采用SHELL63单元模拟，单元属性设置为实际厚度。承受压载的主甲板、机械甲板、船底板和承受风压的舷侧，根据右手定则，保证其面法向一致。主体结构有限元网格沿船体纵向按纵骨间距划分，沿船体横向按三分之一肋骨间距划分，舷侧也参照该尺寸划分，原则是网格形状尽量接近正方形。尽量使用4节点板壳单元，高应力区和不规则过度处减少三角形单元。天津大学硕士论文答辩有限元建模—平台主体利用梁单元BEAM188的三个特性模拟桁材和骨材。利用定义SECTION的方法来模拟实际的截面形状。通过方向关键点的指定,

7、使桁材、骨材的朝向与实际保持一致。为了真实的反映梁和壳的接触关系，本文在这里使用offset命令，控制梁单元和板单元之间的间隙。天津大学硕士论文答辩BEAM188单元节点坐标系Offset命令使用前后的差异有限元建模—平台主体天津大学硕士论文答辩9号压载水舱模型右舷围阱区模型有限元建模—桩腿桩腿为空间桁架结构，由竖向齿条、横向撑杆和斜撑组成，从顶到底依次30个节距。水平撑杆及斜撑是圆管，水中部分采用PIPE59单元模拟，通过拖曳力系数和惯性力系数的设定计算波流力；水面有上及泥面以下部分采用PIPE

8、16单元模拟，按照实际设置其外径壁厚等属性。弦杆的截面为不规则三角形，为了保证与实际截面相符，采用BEAM188梁单元模拟弦杆，以提供结构质量与刚度。天津大学硕士论文答辩有限元建模—桩腿由于BEAM188单元无法计算波流力，所以通过共用节点的方法在相应的位置上建立虚拟的PIPE59单元来计算波流力。该圆管单元直径取弦杆的最大迎水面积所对应的尺寸0.762m，壁厚取为0.001mm，弹性模量取无穷小，从而保证该虚拟单元不提供结构刚度。天津大学硕士论文答辩桩腿模型天津大学硕士论文答辩平