技术专利说明书-半潜式平台总体强度快速设计方法.doc
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_05.gif)
《技术专利说明书-半潜式平台总体强度快速设计方法.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《技术专利说明书-半潜式平台总体强度快速设计方法.doc(13页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流技术专利说明书-半潜式平台总体强度快速设计方法.精品文档.半潜式平台总体强度快速设计方法技术领域:本发明涉及海洋工程及船舶设计领域,具体的说是涉及一种半潜式平台结构的基础设计方法。背景技术:海洋蕴藏着丰富的资源,向海洋进军一直是各级政府以及企业家的梦想。但没有海洋工程装备,向海洋进军也只能一个梦想,不能变成现实。半潜式平台是一种综合性能指标比较优化的深水海洋工程装备,有良好的水动力性能,比较好的定位能力及稳性。现在动力定位系统理论上可以实现无限工作水深,由于采用了柱稳式,其波浪响应比较小,因此可作业的天窗期比较小。由于半潜式平台属浮式结构,在
2、长度和宽度上的尺度近似,并且又分为甲板盒、立柱、浮筒和横撑等多种结构的组合,其在风、浪、流等环境载荷的组合作用下的复杂程度远远高于可看成船体梁的船形浮式结构物和固定在海底的座底式平台。另外,它的机动性没有普通的船舶那么好,在恶劣海况来临时不易移走躲避,需要比较大的抗风暴能力。也没有像FPSO或FSO这种可抵抗恶劣风暴的船形结构的单点系泊结构的见标效应,因为它在各个方向的承受风的能力差别不像普通的船形结构物那么大。因此,保证半潜式平台结构具有足够的强度,并且具有一定设计冗余既是保证平台的稳定性和整体不失效的措施之一,也是保证平台安全性的有效方式之一。半潜式平台的总体强度计算是目前保证其总体强度的
3、唯一可行的办法,也是半潜式平台入级所需的必要条件之一。在设计的初期阶段就要进行总体强度的评估,并且要考虑后期的装配、焊接和舾装件安装引起的开孔等的影响。尤其是装配误差、焊接材料、焊接形式和开孔等是影响疲劳强度的非常关键的因素。对于关键部位,在设计要求中注明不允许开孔、全熔透焊接、焊缝的打磨修形和装配误差等技术要求也是设计工作非常重要的一部分。但是,从船厂经济性的考虑,这种特殊的要求无疑会大幅增加成本,这就对设计的准确性提出了比较高的要求。半潜式平台的结构设计规范只给出了满足局部强度的公式。如何满足总体强度还主要依据有限元的分析,如果不满足总体强度,需要更改后重新进行总体强度校核。如果有大面积不
4、满足强度的要求,就会带来的设计周期太长的问题。例如,某总体强度不满足要求,修改图纸,修改模型,重新计算的时间超过2个周,如果有2次以上重复修改,会使得设计周期无法满足整个设计周期的要求。如何在设计之初比较准确把握总体强度一直是一个难题,目前基本上依赖于设计者的经验。现代半潜式平台的设计流程如下:上面的流程还是在前期总体设计已经确定的前提条件。如果前期设计有修改,对于有限元的影响往往是巨大的。整个的设计周期需要大幅度的增加。因此,借助目前发达的计算机辅助设计技术对这些经验数据进行一个定量的分析,然后总结出一个比较准确的设计规律,使之能够一次通过总体强度计算就显得十分必要。专利内容:本发明把半潜平
5、台的每一部分来看,都可以简化成梁。浮筒部分,自身可以看成一船体梁,在首尾立柱中间相当于有一个介于刚性固定和简支之间的约束。再细一点,实际上双可以看成四个约束,即首尾立柱的尾部舱壁和首部舱壁。横撑部分,可以看成两端固支的梁。立柱部分,可以看成一个受压和受弯的梁,与deck box连接部分可以看成刚性固定的,而与横撑连接处也可以看成左右方向固支,其余方向自由的状态。而与浮筒连接处,可以认为是上下方向弹性连接,前后方向也是弹性连接,而左右方向自由。Deck box可以认为连接四个立柱的梁。重要的是分析和部分所承受的外部载荷。为了计算方便,可以先进行分析各部分载荷对总体强度的影响比例。把占比例较小的部
6、分忽略。强度的评估包括总体强度和局部强度。局部强度相对的影响因素比较少,可以在设计初期先进行计算,但它也受总体强度的影响,在总体强度计算后需要进行局部强度的修正。下面按区域简单论述一下半潜式平台的结构设计方法。1) 浮筒结构在正常的作业状态下,浮筒结构几乎完全浸没在水下,受波浪的影响不是太大,主要承受内部和外部的水压力。从总体强度上来看,浮筒的下部承受水的浮力Ff,上部承受水的压力Fp,在立柱与浮筒连接处承受上部结构自重带来的压力Ft,其自身的重量为Fg,而浮筒的外形一般情况下都对自身的中心线左右对称,也就是说两侧的水压力相互平衡。在静水状态下应该有Ff=Fp+Ft+Fg或Ff-Fp=Ft+F
7、g。在移船的状态下,由于浮筒的上表面完全露出水面,在静水状态应该Ff= Ft+Fg。如果把浮筒看成一根船体梁,把立柱的外板看成浮筒的简支点,常规左右各有两立柱浮筒就成了中间具有4个简支点,下面承受均布载荷的梁。其简化的受力模型如图1所示。根据图1可以看出,弯矩最大的位置发生在浮筒的中部和立柱与浮筒连接的部分的内侧,因此,在浮筒的中部和与立柱连接处甲板和底板应适当加厚以抵抗弯矩。剪力最大发生在浮筒连接的内侧,因此,这一位置的浮筒的两侧外板厚度应适当加大。这与我们已经交付和在建的,和研发过程中的总共近二十座半潜式平台的最终的分析结果都是一致的。对于局部强度,船级社规范并没有按位置给出参考的计算依据
8、。所有位置只有深舱和水密舱壁之分。2) 横撑结构对于横撑结构,规范和相关的书籍中没有可参考的公式。主要是参考母型船的尺寸进行设计。可以简化计算的就是考虑其承受横浪时的最大分离力,和斜浪时的扭矩。利用最大分离力初步算出横撑上的拉应力,然后利用扭矩算出横撑上的剪应力,再进行合成,可以初步得到合成应力。但这种方法得到应力水平比最终的分析结果要低得多。所以还是主要参考母型船为主。3) 立柱结构立柱结构作为上部模块的支撑,在强度上主要起到一个尺寸比较大的支柱的作用。但是,它的水平载面的尺寸与高度相比是一个比较大值,不属于细长杆件,所以总体上并不存在失稳的现像。还是以考虑局部强度为主。参考已经中集来福士的
9、多个项目的总体强度分析结果也证明,立柱上的总体应力水平比较低。4) 甲板盒结构对于甲板盒的甲板,主要考虑局部的甲板载荷进行设计。而对于舱壁结构,除了连接立柱的作为box girder的结构要考虑自重及垂向加速度对其产生的剪切应力外,与井架连接的结构传递的支反力也要考虑进去。而其余分舱的小段舱壁,则只要考虑局部强度即可。下面就ABS和DNV规范论述一下它们的局部强度设计公式。在ABS MODU的规范中,深舱和水密舱壁的计算公式形式上一样,只是参数的取值不太一样。ABS的深舱板厚计算公式为 mm,对于水密舱壁,把其中的254换290,2.5换成1.5即可。式中s为型材间距,单位mm,可以由设计者指
10、定,k为系数,通常为1;q为材料系数,为普通钢的屈服强度(235MPa)与所用材料屈服强度比值,目前通常采用屈服强度为355MPa的高强度钢,因此q=0.66;h为设计压头,单位为m,为计算的列板的下沿到所在舱室顶部的距离加上舱室顶部到透气口距离的2/3。ABS的扶强材计算公式为 cm3。式中SM为扶强材含带板的剖面模数;c为系数,对两端为强梁支的情况,深舱取1,水密舱壁为0.56;s为型材间距,单位m,由设计者指定;h为设计压头,从扶强材跨距的中点计算,对深舱取到舱室顶部的距离加上从舱室顶部到透气口距离的2/3,对水密舱壁则取到干舷甲板;l为扶强材的跨矩,单位m;Q为材料系数,对常用的高强钢
11、TH36为0.72。强梁的计算公式为 cm3 。式中SM为强梁(通常为T型材)含带板的剖面模数;c为系数,对深舱取1.5,对水密舱壁则取1.0;其余参数的意义与扶强材类似。DNV的局部强度计算分为WSD法和LFRD法,深舱和水密舱壁也是一样的,只是系数取值不同。其中WSD法与ABS的方法类似。其板材计算公式为:mm(1-1)式中:为形状系数,常规的设计为1;s为型材的支撑宽度,单位为m,由设计者指定;p为设计压力,单位,对最大吃水线以上的舱壁,主要考虑其作为支撑,采用直接计算的方法,对水线以上的水密甲板,考虑甲板载荷,对深舱和最大吃水线以下由下式计算: (1-2)其为为液舱内的液体密度,取不小
12、海水的密度;为重力加速度为,取;为平台的垂向加速度为,单位,可以从设计波分析报告中查到,在该分析报告之前可以取0.3倍的重力加速度;为可能灌注到的最大液位高度,单位m,带高位和高高位报警的舱室可以取到舱室的顶部,对于最大设计吃水以下直接与外界相邻的构件,其值不小于到最大吃水的距离。为边界条件系数,对于常规的双面连续焊接,可认为是固支,取值为1;为许用弯屈应力,单位,取下面的两式中的小值(1-3) (1-4)式中为总体强度分析中的合成应力,如果取用该值或参考母型船中该值,就和LRFD方法完全一样。如果没有母型船或为了初步的计算结果,可以直接取式1-4中的值;为载荷系数,对于不考虑总体强度分析结果
13、,只考虑液体压力这种功能性载荷时,取0.6,如果按LRFD方法,考虑取功能载荷、最大环境载荷以及倾斜、撞击等偶然因素后,取1,如果只考考虑功能性载荷和最大环境载荷,不考虑偶然因素载荷,则取0.8;为所用材料的屈服强度,单位,对于通常采用的TH36的高强度钢,。其扶强材计算公式为: (1-5)式中l为扶强材的跨距,单位m,由设计者指定;s和p的意义与前面板材的定义相同;为端部连接条件系数,对于常规焊接在强梁上的,可认为是两端固支,取值为12;为边界条件系数,对于常规的双面连续焊接,可认为是固支,取值为1;为许用弯屈应力,单位,根据工况取值。WSD方法规定,在只考虑功能性载荷的工况下,对于考虑了最
14、大环境载荷和功能性载荷的情况下,;而LRFD方法规定,。看上去WSD方法比LRFD方法保守,而本质上是一样的。因为的取值是不一样的,如只考虑了功能性载荷的情况,取ULS下的总体强度合成应力;考虑最大环境载荷和功能载荷的情况,取ULS和SLS的总体强度合成应力;而按LRFD方法,则需要考虑ULS、SLS、FLS和ALS下的总体强度合成应力;这与前面的载荷系数是完全一致的。值得注意的是,由于扶强材通常采用球扁钢,所以其中性轴离球头一边的距离比离带板一侧的距离大得多。如果采用带板上的合成应力,则计算扶强材的剖面模数要采用中性轴离带板侧的距离;而通常情况下,我们计算扶强材的剖面模数采用的是中性轴离球头
15、方的距离,因此采用的是与扶强材轴向一致的方向应力或。其强梁因为通常和T型材的结构,所以除了考虑弯曲应力,还要考虑剪切应,其弯曲强度计算公式为9: (1-6)式中为强梁的跨距,单位m,根据两端更强的支撑如舱壁或支柱的位置确定;b为支撑宽度,单位m,由设计者指定;p为设计压力,与前面板材公式1-1中定义相似,不同的是它是从梁的跨距的中间计量;和的定义与前面扶强材的公式1-5中定义相同。所不同的是,总体的合应力对带板一侧和面板一侧都要进行考虑。因为在带板一侧的总体合成应力比较大,但离中性轴近,其剖面模数比较大。而面板一侧的剖面模数小,总体的合成应力小。所以两者要分别计算后才能确定强度是否满足。强梁的
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 技术 专利 说明书 半潜式 平台 总体 强度 快速 设计 方法
![提示](https://www.deliwenku.com/images/bang_tan.gif)
限制150内