自升式平台力学性能分析方法研究.pdf

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1、第40卷第6期2011年l2月船海工程SHIP＆OCEANENGINEER"‘CVol40No6Den20llDOl：103963／jism1671．7953．2011．06042自升式平台力学性能分析方法研究金梦菊1．甘进1，吴卫国1．金书城2(1武汉理工大学交通学院，武汉430063；2中交第二航务工程局有限公司技术中心，武汉430040)摘要：采用大型有限元软件ANsYs建立自升式平台结构分析模型．并自编程序计算得到最不利载荷组合情况下波浪相位角与人射角的关系曲线。利用载荷分析结果，对平台结构的力学

2、性能进行分析，关键词：自升式平台；载荷分析；有限元；力学性能，ANsYs中图分类号：u67438文献标志码：A文章编号：1671—7953(2011)06旬162—03自升式平台作为典型的海洋工程结构物，广泛应_f}jF海洋开发与建设中。平台长期处于恶劣的1：作环境巾，主要受到风、浪、流等环境载荷作用，冈此如何正确分析平台所受环境外载荷、建立合理的平台结构分析模型以及准确评价平台力学性能是摆在平台设计工作者面前的一系列重大课题。基于ANsYs软件平台建立自升式平台空间有限元模型．并结合自编程序得到的波浪相

3、位角与入射角的关系曲线对风暴自存状态下白升式平台的力学特性进行一系列数值仿真分析。1分析模型建立1．1计算条件平台主体为箱形主船体，配有3根x型桁架式桩腿，首一尾二。平台型长为65．25m，型宽为6200m，型深为7．75m，桩腿长度为13230m，尾部桩腿中心间距为4600m，尾部桩腿与首部桩腿中心间距为4000m。平台的使用寿命25年，计算考虑50年一遇的极限设计海况“。，具体环境参数见表1。表l自存工况下的主要环境参数波高／m周期／s表面流速／(m·s“)风速／(m·s“)18．301560．775

4、l5建立平台的有限元模型⋯。平台各层甲板、内外围壁板、纵横舱壁板等使用壳单元sheJJ63模拟，承受波流载荷作用的桩腿部分使脂管单元Pip茚9来模拟，泥面以下及波面以上使用管单元Pipel6单元来模拟，平台纵桁、强横粱、横骨、纵骨及扶强材等使用偏心粱单元Beaml88来模拟，机械设备采_Hj质量单元Mass21模拟。图l为平台的有限元模型，图2为该平台主船体部分的有限元模型。平台着底时．边界条件取泥面以下3m处为铰支承⋯，即3个支点x、y和z方向的自由度为0。1．2计算模型采用大型有限元结构分析软件ANs

5、Ysl2_12收稿日期：20ll—04-18修回日期：20lI加8-25作者简介：金梦菊(1988一)，女，硕士生。研究方向：结构安全性与可靠性E-mail：jmj】988@qqcom162图1自升式平台有限元模型图2自升式平台主船体有限元模型平台外载荷分析自存工况下平台承受的载荷包括固定载荷、可变载荷和环境载荷。固定载荷主要包括结构自重和设备载荷，其中结构自重由模型自动实现，设备载荷则通过点质量单元实现。可变载荷主要包括液舱的装载以自升式平台力学性能分析方法研究——金梦菊，甘进，吴卫国，金书城及人员等，

6、通过施加集中力实现。环境载荷包括波浪载荷、海流载荷和风载荷，根据文献[2]，风压p为p=0．613tJ2(1)式中：t一设计风速，Ⅱ∥s。风压施加在平台主体外板上。波流载荷通过填写波流参数表由程序自动计算并施加。如果确定了波浪入射角和相位角关系，找到最不利载荷组合情况，就可以在保证精度的情况下，简化计算过程，缩短计算时间。2．1载荷方向设定由于平台结构基本左右对称，因此只考虑载荷作用在平台右舷侧。此外，由于波流同向时产生的应力和位移最大，因而考虑波流同向。规定入射方向与x轴正方向的夹角为零时，波流入射角为

7、00，见图3。D。2吵图3载荷作用方向设定2．2波浪入射角与相位角的关系编制程序，使模型能够自动进行计算，并输出结果，以提高效率。当波流入射角为O～1800，波浪相位角为0—3600时，每隔l。计算平台所产生的支座反力，得到65341个数据，并对数据进行处理。结果表明，在波流入射角砂确定时，支座反力随波浪相位角少呈余弦变化，周期为3600，每隔150取点做图，见图4。系曲线，见图5。140。120型100薹：：《40鲻20O渡很八射角妒／(。)图5毋+20。时随波砂的变化曲线根据该曲线，知道入射角沙就可以

8、求出相应的相位西，这样使平台的计算更加快捷与准确。3平台力学性能分析3．1静力分析由于风浪流同向时，平台最危险，考虑风浪流方向为0一180。共9种情况，根据图5所示曲线，求得波浪相位角的取值情况见表2。分别对上述7种情况进行线性和非线性静力分析，得到该平台在不同工况下的最大应力和最大位移，计算结果见表3。表2入射角善与相位角币选取(o)表3平台静力分析结果当波流入射角为1500时，平台的线性和非线性位移都最大；当波流入射角为0