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拖航状态的自升式平台桩腿有限元分析

发布于:2020-03-03 18:31
有限元分析

       自升式海洋平台主要由平台主体结构、桩腿、升降结构、钻井机构等组成。拖航状态时,整个桩腿收回,平台重心较高,桩腿的摇摆和风倾力矩较大,拖航稳性较差;桩腿的动弯矩和自身惯性载荷对升桩机构室附近的桩腿自身结构和升桩机构的上导向板结构产生较大的应力。本文希望通过对自升式平台拖航状态的桩腿结构有限元分析流程研究,为自升式平台前期设计方面诸如桩腿结构和升桩结构室等提供依据。
       文中借助N系列软件包(GENIE、PATRANPRE、HYDROD、WADAM、SESAM MANAGER等),首先以频率响应分析的方法对自升式海洋平台拖航状态时的横摇和纵摇固有周期进行了计算;其次,以频响分析中各相应固有周期的RAO值和规范规定的。单幅横摇或纵摇值,确定了拖航的计算波高;最后进行拖航状态时的准静态结构分析,依据API-AISC-WSD软件进行桩腿自身结构的屈服和屈曲强度校核
       文中的计算模型基于某平台处于油田拖航的装载为计算工况,桩腿结构分析应考虑平台的运动状态及其惯性力,油田拖航状态下仅考虑平台在横摇或纵摇固有周期下的。单幅运动载荷及1.2倍的自身重力载荷,该平台的拖航分析模型和平台的桩腿结构图参见,本文并没有对海上结构物拖航作业中的运动响应计算、波浪载荷计算及准静态分析等所涉及的理论和原理进行详细的阐述(这些均可参见相关的理论书籍、船级社规范和DNV系列软件用户手册等),只是针对平台拖航状态尝试和探索使用DNV系列软件包进行拖航运动固有周期计算、波浪载荷计算及传递、拖航准静态分析以及API-AISC-WSD方法的屈服和屈曲强度校核。   
       平台拖航运动固有周期的计算借助频率响应分析的方法完成。频率响应计算的湿表面模型见图,质量分布及结构模型见图,扫描周期为2s,25s、浪向00~345。的所有单位波,由WADAM进行运动响应直接计算,计算中的临界阻尼取为0.07;借助后处理程序POSTRESP得到平台拖航的横摇频率响应曲线和纵摇频率响应曲线见图。鉴于自升式平台主体结构为特殊的三角形型式,在平台纵摇响应曲线中可看到随不同浪向角的变化,平台自身纵摇固有周期会改变;本文在此并不进行展开,只是根据图确定常规横摇运动和纵摇运动的环境载荷参数,见表。表中的浪向定义:由尾部指向平台首部为浪向00,其余浪向依次逆时针旋转。
       确定平台拖航的固有周期和RAO后即可确定规范中。单幅运动固有周期对应的波高、横摇和纵摇固有周期下。单幅运动的波高分别为1.7 m和3.8 m,桩靴和主船体及升桩机构室均做简化处理,有限元分析的结构和质量分布模型见图。为避免刚体位移,有限元模型选取三个不共线的节点,施加不同的线位移约束,如图所示。波浪载荷计算和传递依旧通过HRDROD,WADAM进行。在拖航运动载荷中,风、浪、流综合作用的结果是使平台产生固有周期下的单幅运动,所以拖航计算载荷中只考虑运动载荷和1.2倍的自身重力载荷,由MANAGER调用波浪载荷计算的结果直接施加于结构分析模型,再调用后处理程序SESTRA进行准静态分析,分析结果通过FRAMEWORK进行API-AISC-WSD方法屈服强度和屈曲强度校核。


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