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大型組塊拖航運輸船有限元分析研究

發布於:2019-08-22 21:51
有限元分析

      隨著我國海洋石油工業不斷向著“深水進軍”,組塊的總體規模越來越大,最近的南海項目組塊的重量已超過3萬t,創曆次之最。在駁船運輸組塊的過程中,在波浪載荷作用下,駁船的柔度對組塊的結構強度會產生很大的影響,這和以往在不需要考慮船體變形因素的條件下對組塊進行運輸強度校核具有很大不同。因此,在給定海況下,組塊在用駁船運輸過程中,船體變形的數據直接影響組塊結構有限元分析的校核結果。為此,采用基於頻域分析的設計波法,對南海某項目的組塊運輸進行三維全藕合數值模擬和計算分析。根據駁船運動誘導的慣性力,以及重力等求出組塊各構件的應力,按API規範進行校核組塊的結構強度。
      1)海況條件采用中國南海某區域,10年一遇海況。2)總體結構模型。根據圖紙信息,準確建立組塊、DSF滑道、SEAFASTENING和駁船結構模型。由於要準確地模擬出駁船和組塊結構,導致有限元模型的單元數和節點數量十分龐大,而且為了準確模擬組塊與駁船船體連接節點自由度,將整個係統分為兩個子模型—組塊(含DSF)和駁船,然後利用超單元組合技術,將它們組合成整體結構模型。
      根據駁船的型線資料,建立三維水動力計算的濕表麵模型。根據駁船的艙室布置圖進行三維模型的艙室劃分,並模擬艙室壓載水,進行水動力計算。采用設計波法進行組塊運輸全藕合的強度分析,設計波參數由組塊重心處3個線方向最大加速度、3個角方向最大加速度以及駁船中橫剖麵3個方向最大彎矩等9個主導載荷確定。計算船體在各主導載荷工況下,載荷響應的短期極值,並結合各載荷響應的傳遞函數確定設計波參數,包括浪向、周期、波幅和相位。
      在得到設計波參數後,即可針對選定的設計波,采用三維線性頻域水動力理論,進行波浪載荷計算。在用設計波法對組塊運輸時駁船所受波浪載荷進行預報時,需要將駁船濕表麵的水動壓力、液艙載荷以及慣性載荷施加到有限元模型上,確保模型的靜力和動力平衡,用於進行結構有限元計算。
      駁船受到靜水載荷和波浪載荷的作用,由於SEAFASTENING是在組塊裝船後才焊接上去的,因此SEAFASTENING在靜水載荷工況下不起支撐固定作用,隻在波浪載荷工況下起支撐作用。為此,需要分靜水工況和波浪工況兩種情況進行計算:在靜水載荷工況下分析時要將SEAFAS-TENINGS與駁船連接處的節點單元解,這樣SEAFASTENINGS便不起支撐作用;在波浪載荷工況下分析時,又需要將SEAFASTENING與駁船連接節點耦合上,使它們起到支撐固定作用。最後用PREPOST模塊,將這兩個載荷工況的結果合並起來,得到最終結果文件。另外,由於RUN-NERS與駁船甲板上的滑道之間隻受壓力而不受拉力,這裏可通過分析RUNNERS的受力情況來實現。如果在分析工況下,RUNNERS所受的力為壓力,那麽就不用對它進行操作,如果RUNNERS所受的力為拉力,那麽就要將受拉力作用的RUNNERS與駁船甲板上滑道的接觸節點解藕,使之受壓不受拉。
      采用SESAM / FRAMEWORK模塊,依據API RP 2A LSD對組塊(含DSF)杆件結構進行強度校核,計算結果表明少數杆件在某些工況下,不滿足強度要求,其中,UC值最大達到2.3(由於篇幅有限,具體計算結果暫不列出)。不滿足強度要求的構件,見圖中深色構件。    采用SESAM/FRAMEWORK模塊,依據APIRP 2A LSD,對組塊(含DSF)管節點進行衝剪強度校核,計算結果表明少數節點在某些工況下,不滿足強度要求,其中,UC值最大為1.23。不滿足強度要求的節點,見圖中深色節點。


                                                                                  專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
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