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張力腿平台整體結構有限元分析方法

發布於:2019-08-29 20:35
有限元分析

      張力腿平台整體結構強度有限元分析對平台全壽命安全運行至關重要。整體結構強度分析的目的是確定在危險工況及環境載荷下平台結構的響應。根據TI_P的功能要求對其上部模塊進行總體布置設計,最終確定了上部模塊的尺寸以及質量和質量分布。該TI_P采用傳統結構形式,四立柱、四旁通,立柱頂部用析架連接。依據上部模塊尺寸質量,對TI_P殼體結構進行總體尺度規劃,確定了平台總體尺寸;並對結構質量、可變壓載質量、固定壓載質量和附屬構件質量進行估算,編製出總體質量控製報告;同時根據平台的處理能力以及天然氣輸送要求進行立管設計,確定出立管尺寸。張力腿作為TI_P的係泊係統,在總體設計中要根據平台定位要求,確定其總體尺寸。
      本文分析研究的典型TI_P主要結構包括立柱、節點、旁通以及上甲板四部分。旁通為近似矩形截麵的結構,高9.5 m,寬12.35 m。旁通與立柱之間通過節點進行連接。4個節點是高為9.5 m、外徑為23.75 m的柱形結構。立柱頂端高度為57.45m,平台的名義吃水為30 m。平台艙室由於其功能性可劃分為臨時艙室、永久艙室以及空艙三種類型。典型張力腿平台各部分定義如圖所示。   
      結構有限元分析載荷包括了靜載、半靜載以及動載荷三部分。針對平台六種典型的極端工況,最大橫向撕裂力、最大橫向扭矩、最大縱向剪切力、最大垂向彎矩、最大甲板縱向慣性力、最大甲板橫向慣性力的設計波分析是首先計算的內容。采用SESAM軟件進行分析。建模中采用四節點平板單元、三節點平板單元、兩節點梁單元、質量單元以及彈簧單元,建立平台整體結構有限元模型。彈簧單元用來模擬張力腿與平台接觸位置的三維位移,剛度參考了張力腿的剛度及平台運動阻尼。   
      平台的坐標係統定義為:以平台主結構基平麵幾何中心為坐標原點,X軸正向指向平台東側,Y軸正向向北,Z軸垂直向上。圖為平台危險工況及坐標。本文所研究的典型TI_P采用DNV-SESAM的GeniE模塊進行建模,模型的整體坐標係與平台坐標係統一致:以平台結構基平麵幾何中心為坐標原點。進行TI_P平台總強度分析,驗證平台浮箱、立柱及其連接結構的屈服強度是否滿足使用要求。按照船級社要求,采用有限元方法計算平台總強度。采用殼單元模擬平台外板、甲板、艙壁、強框架腹板等結構,采用梁單元模擬扶強材、析材等結構。水動力載荷、靜水載荷和平台加速度基於設計波幅直接傳遞給平台總強度有限元模型,從而驗證平台主體結構的屈服強度是否滿足規範要求。   
      模型主要包括四個立柱、環形浮箱、立柱上部橫向支撐和上部組塊析架結構。為保證分析結果的準確性及提高工作時效,在平台總強度分析中隻建立基本結構的有限元模型(甲板、艙壁、大梁等),不考慮局部集中載荷等因素所要求的局部結構加強。建模中考慮了部分簡化處理,包括平台主甲板結構采用板梁組合的析架式結構進行建模,上部設備采用質量點及調整板密度的形式建立,壓載水艙質量采用調整所在艙室上下板密度方式建立。


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