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张力腿平台整体结构有限元分析方法

发布于:2019-08-29 20:35
有限元分析

      张力腿平台整体结构强度有限元分析对平台全寿命安全运行至关重要。整体结构强度分析的目的是确定在危险工况及环境载荷下平台结构的响应。根据TI_P的功能要求对其上部模块进行总体布置设计,最终确定了上部模块的尺寸以及质量和质量分布。该TI_P采用传统结构形式,四立柱、四旁通,立柱顶部用析架连接。依据上部模块尺寸质量,对TI_P壳体结构进行总体尺度规划,确定了平台总体尺寸;并对结构质量、可变压载质量、固定压载质量和附属构件质量进行估算,编制出总体质量控制报告;同时根据平台的处理能力以及天然气输送要求进行立管设计,确定出立管尺寸。张力腿作为TI_P的系泊系统,在总体设计中要根据平台定位要求,确定其总体尺寸。
      本文分析研究的典型TI_P主要结构包括立柱、节点、旁通以及上甲板四部分。旁通为近似矩形截面的结构,高9.5 m,宽12.35 m。旁通与立柱之间通过节点进行连接。4个节点是高为9.5 m、外径为23.75 m的柱形结构。立柱顶端高度为57.45m,平台的名义吃水为30 m。平台舱室由于其功能性可划分为临时舱室、永久舱室以及空舱三种类型。典型张力腿平台各部分定义如图所示。   
      结构有限元分析载荷包括了静载、半静载以及动载荷三部分。针对平台六种典型的极端工况,最大横向撕裂力、最大横向扭矩、最大纵向剪切力、最大垂向弯矩、最大甲板纵向惯性力、最大甲板横向惯性力的设计波分析是首先计算的内容。采用SESAMApp进行分析。建模中采用四节点平板单元、三节点平板单元、两节点梁单元、质量单元以及弹簧单元,建立平台整体结构有限元模型。弹簧单元用来模拟张力腿与平台接触位置的三维位移,刚度参考了张力腿的刚度及平台运动阻尼。   
      平台的坐标系统定义为:以平台主结构基平面几何中心为坐标原点,X轴正向指向平台东侧,Y轴正向向北,Z轴垂直向上。图为平台危险工况及坐标。本文所研究的典型TI_P采用DNV-SESAM的GeniE模块进行建模,模型的整体坐标系与平台坐标系统一致:以平台结构基平面几何中心为坐标原点。进行TI_P平台总强度分析,验证平台浮箱、立柱及其连接结构的屈服强度是否满足使用要求。按照船级社要求,采用有限元方法计算平台总强度。采用壳单元模拟平台外板、甲板、舱壁、强框架腹板等结构,采用梁单元模拟扶强材、析材等结构。水动力载荷、静水载荷和平台加速度基于设计波幅直接传递给平台总强度有限元模型,从而验证平台主体结构的屈服强度是否满足规范要求。   
      模型主要包括四个立柱、环形浮箱、立柱上部横向支撑和上部组块析架结构。为保证分析结果的准确性及提高工作时效,在平台总强度分析中只建立基本结构的有限元模型(甲板、舱壁、大梁等),不考虑局部集中载荷等因素所要求的局部结构加强。建模中考虑了部分简化处理,包括平台主甲板结构采用板梁组合的析架式结构进行建模,上部设备采用质量点及调整板密度的形式建立,压载水舱质量采用调整所在舱室上下板密度方式建立。


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