基于总体强度的半潜式平台结构简化对比研究

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经过半个多世纪的发展,半潜式海洋平台已经发展到了第六代,第七代超深水半潜平台的设计开发也已提上日程。在实际的设计建造生产实践中发现,在平台设计初期,常规的平台结构评估方法和操作过程需要耗费大量人力和时间。现行的结构强度分析是基于板梁单元为代表的三维空间有限元模型进行的,计算量巨大,分析类别多,在屈服、屈曲、疲劳三个方面要进行数以十万计单元的计算和处理,完成一次总体强度评估往往需要数周甚至上月的时间。在船型开发阶段,平台设计与结构强度评估交互往复,分析时间和计算量成倍增加。所以在保证一定精度的前提下,研究结构的快速评估方法,减少人力、缩减周期提高效率,适当的运用简化方法对平台结构进行等效处理来提高分析效率,具有实际工程意义。  本文主要针对常规评估方法计算量大、耗时长等不足,研究适用于深水平台的快速评估方法。基于此,通过对现有的强度评估技术进行总结分析,本文针对性的提出加筋板架的正交简化方法。针对快速评估方法中关键的结构等效问题,基于结构力学体系中各向异性板和组合剖面梁的理论基础,进行等效参数的理论推导,解决了加筋的间距、方向、材料、截面形状和尺寸等参数的等效换算问题。在研究过程中,本文采用对比策略,选取具有代表性的超深水平台设计案例,分别采用常规评估方法、骨材面积折合方法、简单刚架简化方法以及正交异性板简化法,在相同的设计前提和相似的人员技术水平条件下进行评估作业,比较快速方法的效率和精度。分析过程首先基于DNV规范中的确定性法和随机性方法确定平台的设计波,完成平台特征载荷计算;之后根据常规做法和上述几种简化方法完成平台有限元建模,施加各种特征载荷,完成强度分析计算;最后针对平台立柱、浮筒和横撑主要结构和节点位置,进行结构响应数据的处理,完成强度的评估和对比。此外,本文针对常规方法和简化方法,在计算单元数量、计算时间、结果精度进行了总结对比。结果表明,正交简化方法和骨材面积折合法相比其他简化方法,控制精度较高、省去了加筋单元,减小了板单元划分密度,效率提高显著。
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