自升式海上风电安装船的疲劳分析.pdf

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1、第3l卷第2期2014年4月江苏船舶JIANGSUSHIPV01．31No．2Apr．2014自升式海上风电安装船的疲劳分析刘建峰(南通中远船务工程有限公司，江苏南通226005)摘要：具备自航能力的自升式海上风电安装船属于可承载大的离岸工程装备，其船体结构的应力变化范围大，对疲劳强度的设计要求高。分析了无限航区航行运输、停泊场所移动、提升抬起和下降回到海面、抬起状态的波浪载荷、起重操作等5种工况下的疲劳损伤，建立了结构模型并定义了负载条件。计算结果显示，主甲板上的舱口开孔的疲劳强度不满足要求。在开孔

2、周围插入局部加厚板后，经计算证明这些区域的疲劳强度满足要求。关键词：风力发电；远洋船；疲劳；载荷；应力分析中图分类号：U674．38+2文献标识码：A1风电安装船主要参数风电安装船船长133．25m，宽39m，型深9m，设计吃水5．8m，作业水深达45m，装备有4条圆形桩腿结构液压提升装置系统和环绕桩腿的900t旋转海洋起重机；艏部配备2个侧推和1个可伸缩式全回转推进器，艉部配备3个电力推进的VO删橹桨，在浅水海域机动性能出众，并配有先进的DP2动态定位系统；具有3000m2以上的甲板重载货区域，甲板

3、重载货区载荷达到15∥m2，局部线性载荷达40∥m，提升甲板载荷达到5000t；每一航程次可装载10套风车构件进行海上安装作业；设计符合DNVcLEAN绿色环保要求，并同时满足DNV船级社对自升式海洋工程装备和远洋自航货船的双重规范要求，以及符合丹麦的海事标准。自升式海上风电安装船侧视总图如图l所示。图1侧视总图这种类型的具备自航能力的自升式海上风电安装船兼具自升式平台和浮式自航船舶的优点，具有将风机和基础一起运送至风电场的能力，配备适合各种场景下安装的起重设备和定位设备，能够为下一代海上风电场最大水

4、深45m的海域提供基本的安装和维护功能，有效克服了风机安装的大型化和收稿日期：2013聊一19作者简介：刘建峰(1978一)，男，工程师，从事技术工作。离岸化的限制，是当前发展海上风电场的首选装备。2分析方法2．1方法介绍对船体的疲劳分析建立在整体有限元分析的模型和定义负载条件的基础上。整体有限元分析中的模型和负载对于全船强度分析来说是很全面的，但对于疲劳分析还不够详细，对疲劳损伤系数超过0．5的节点和区域需要更详细的建模。第2期刘建峰：自升式海上风电安装船的疲劳分析5依据每个单独的负载条件确定累积的

5、疲劳损伤，最后所有疲劳损伤的组合应低于本船设计疲劳系数DFF=1。分析分2个步骤进行，第一步是确定在整体模型应用载荷条件下的疲劳敏感位置，调节疲劳分析的预加负载。第二步是详细考虑累积疲劳损伤系数大于0．5的结构节点或区域，这一步中仅预加载荷疲劳被确定和按照在累积疲劳损伤与第一步中确定的预加负载疲劳损伤之间的系数比例。2．2参数设计使用寿命20年，分为四部分周期：(1)无限航区航行运输：1年。(2)停泊场所移动的运输：4年(港口至风电场或风电场内或风电场至港口)。(3)抬起状态：14年(预加载荷，提升，

6、工作运行，港口内负载)。(4)闲置状态：1年(在港口或干坞内等)。在抬起状态的14年周期内，预设提升抬起和下降回到海面的循环周期数量为每2天1次，即2555个周期。船载900t主起重机安装在左舷艉部桩腿的提升室顶上，见l、图2、图3。对由于起重机操作对提升室结构引起的疲劳损伤分析采用33000个循环周期和幅度系数0．34。图2甲板俯视总图Ko一、L、一／＼i

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10、2)主要应力：中拱挠度静水弯矩的应力，不同波况和横波引起的中横和中垂波浪弯矩的应力。(4)威布尔系数1．0，100年出现一次的波。(5)由于桩腿或主起重机的瞬时运动产生的船体力矩(100MN·m)相对于在船中的最大力矩(1350MN·m)和在船中为0时是小的，可忽略的。2．3．2停泊场所移动的运输短距离运输是指从港口到风电场或在风电场内6江苏船舶第31卷或风电场至港口。这种情况都是在天气限制了操作运行时的有计划的转移，并且受到波高的限制。(1)周期：4年