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自升式海洋平臺主要由平臺主體結構、樁腿、升降結構、鉆井機構等組成。拖航狀態(tài)時，整個樁腿收回，平臺重心較高，樁腿的搖擺和風傾力矩較大，拖航穩(wěn)性較差；樁腿的動彎矩和自身慣性載荷對升樁機構室附近的樁腿自身結構和升樁機構的上導向板結構產(chǎn)生較大的應力。本文希望通過對自升式平臺拖航狀態(tài)的樁腿結構有限元分析流程研究，為自升式平臺前期設計方面諸如樁腿結構和升樁結構室等提供依據(jù)。
文中借助N系列軟件包(GENIE、PATRANPRE、HYDROD、WADAM、SESAM MANAGER等)，首先以頻率響應分析的方法對自升式海洋平臺拖航狀態(tài)時的橫搖和縱搖固有周期進行了計算；其次，以頻響分析中各相應固有周期的RAO值和規(guī)范規(guī)定的。單幅橫搖或縱搖值，確定了拖航的計算波高；最后進行拖航狀態(tài)時的準靜態(tài)結構分析，依據(jù)API-AISC-WSD軟件進行樁腿自身結構的屈服和屈曲強度校核。
文中的計算模型基于某平臺處于油田拖航的裝載為計算工況，樁腿結構分析應考慮平臺的運動狀態(tài)及其慣性力，油田拖航狀態(tài)下僅考慮平臺在橫搖或縱搖固有周期下的。單幅運動載荷及1.2倍的自身重力載荷，該平臺的拖航分析模型和平臺的樁腿結構圖參見，本文并沒有對海上結構物拖航作業(yè)中的運動響應計算、波浪載荷計算及準靜態(tài)分析等所涉及的理論和原理進行詳細的闡述(這些均可參見相關的理論書籍、船級社規(guī)范和DNV系列軟件用戶手冊等)，只是針對平臺拖航狀態(tài)嘗試和探索使用DNV系列軟件包進行拖航運動固有周期計算、波浪載荷計算及傳遞、拖航準靜態(tài)分析以及API-AISC-WSD方法的屈服和屈曲強度校核。
平臺拖航運動固有周期的計算借助頻率響應分析的方法完成。頻率響應計算的濕表面模型見圖，質量分布及結構模型見圖，掃描周期為2s，25s、浪向00~345。的所有單位波，由WADAM進行運動響應直接計算，計算中的臨界阻尼取為0.07；借助后處理程序POSTRESP得到平臺拖航的橫搖頻率響應曲線和縱搖頻率響應曲線見圖。鑒于自升式平臺主體結構為特殊的三角形型式，在平臺縱搖響應曲線中可看到隨不同浪向角的變化，平臺自身縱搖固有周期會改變；本文在此并不進行展開，只是根據(jù)圖確定常規(guī)橫搖運動和縱搖運動的環(huán)境載荷參數(shù)，見表。表中的浪向定義：由尾部指向平臺首部為浪向00，其余浪向依次逆時針旋轉。
確定平臺拖航的固有周期和RAO后即可確定規(guī)范中。單幅運動固有周期對應的波高、橫搖和縱搖固有周期下。單幅運動的波高分別為1.7 m和3.8 m，樁靴和主船體及升樁機構室均做簡化處理，有限元分析的結構和質量分布模型見圖。為避免剛體位移，有限元模型選取三個不共線的節(jié)點，施加不同的線位移約束，如圖所示。波浪載荷計算和傳遞依舊通過HRDROD，WADAM進行。在拖航運動載荷中，風、浪、流綜合作用的結果是使平臺產(chǎn)生固有周期下的單幅運動，所以拖航計算載荷中只考慮運動載荷和1.2倍的自身重力載荷，由MANAGER調用波浪載荷計算的結果直接施加于結構分析模型，再調用后處理程序SESTRA進行準靜態(tài)分析，分析結果通過FRAMEWORK進行API-AISC-WSD方法屈服強度和屈曲強度校核。
專業(yè)從事機械產(chǎn)品設計│有限元分析│強度分析│結構優(yōu)化│技術服務與解決方案
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