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半潜式平台空间刚架模型的有限元分析

发布于:2018-08-28 22:53
有限元分析

      半潜式平台具有造价高、结构复杂、承受多种载荷作用等特点,从设计角度应做到经济性与可靠性最大限度地统一。由于设计经验较少,要达到这些要求,必须采用快速稳定的方法对初期设计的结构进行快速、稳定的评估,以期获得最优的结构形式。本研究依据企业在建的半潜式平台项目采用SACSApp进行有限元分析。被模拟的半潜式平台的主尺度为:纵向长度为123.75m,横向宽度为81m,型深为39m,工作吃水为20m,在浮体之间没有横向撑杆。SACSApp是美国EDI企业开发的有限元App,是当今海事结构设计分析中应用最广泛的一种CAEApp系统。该系统包含多个互相兼容的分析程序,适用于各类海事结构分析。
      根据半潜式海洋平台结构特点,采用空间刚架结构建立整体模型。下船体采用单一梁结构模拟浮筒和立柱,上船体采用梁系刚架结构模拟甲板模块,体现了浮体、立柱和甲板模块的主要结构,以及连接处的刚性过渡,如图所示。基于主结构图纸,根据浮体和立柱结构特点,以单一梁表示,并以其几何中心轴位置作为3D梁系模型中相应结构的建模位置,结构的剖面属性根据结构剖面的变化而作调整,甲板模块则根据纵横舱壁的分布,在SACS中建立几何模型框架体系,并计算甲板梁所代表的实际结构的剖面属性,连接处主要采用刚度较大的梁系来模拟力系的传递,体现结构整体刚度,如图所示。三维钢架梁的质量,主要包括结构质量和压载质量,而结构质量又包含大型设备质量和均布结构质量。以体现重量重心的附加质量的方式来模拟,如图所示。
      载荷分为静水力载荷和水动力载荷,包括结构的自重、浮力、惯性力和波浪力等。边界条件是采用限制刚体位移的方式,施加在模型立柱的湿表面位置。空间刚架模型是用SACSApp进行计算的,板梁组合模型用ABAQUSApp计算。两种计算结果的对比列于表。对比的剖面载荷为水动力载荷下的最大水平分离力和最大水平分离弯矩,其中对比采用的位移为最大分离力下的下浮体上y方向位移,且板梁模型的位移己做均值处理。计算结果显示:在基础设计阶段,采用空间刚架模型进行整体强度分析,可以对整体结构力系分布进行快速评估,其计算结果与整体板梁组合模型的分析结果较为接近。因此,它可以为基础设计初期阶段的结构提供快速评估和优化的依据。



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