海洋平台建造中的结构有限元分析.pdf

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1、吊装专栏Iheaveylifting沟祥平台建造中的结构有限元分析庞庆孙益国陈瑾旭中石油海洋工程有限公司海工事业部山东青岛266555摘要在海洋平台陆上建造过程中，对主结构支撑和甲板片吊装进行强度核算是施工方案和吊装方案编制过程中必不可少的环节之一。本文介绍了部分工程项目中的ANSYS运用实例，工程运用表明其计算结果为平台建造和吊装作业提供了可靠的安全保障。关键词平台吊装结构支撵强度校核ANSYS中图分类号TE97文献标识码B文章编号1672—9323CⅪ11)06—0055—021前言了位移的形式，加强了约束，过高估计了单元刚度，因而适当放海洋工程结构，其几何尺寸和重量都很大，其陆地

2、建造通常松一点某些单元间的相容性是可以的囝。在ANSYS软件中不同采用分片分块预制然后组装成一个整体。吊装和临时结构支撑单元的连接主要有3种方法：是建造过程中必不可少的环节，其强度和变形计算将为平台建(1)藕合自由度和约束方程，造提供可靠的安全保障，同时基于规范和安全的角度都离不开(2)复合单元法。对主要结构进行强度校核。随着计算机软硬件技术的发展，各种(3)接触单元法，ANSYS根据接触运动建立多点多点约束数据的前后处理技术和数值分析方法的成熟，有限元法成为平方程脚，即MPC法。台建造中结构强度和位移计算的主要方澍”。3工程实例2平台建造中结构有限元的基本计算方法3．1某平台底甲板吊

3、装分析在有限元法中，通常选择节点位移作为基本未知量，称为位该平台为两层结构总重为1200t，陆上建造程序为：移法；位移法是把单元总的一些物理量如位移，应变和应力等由(1)在地面上预制各层甲板；节点位移来表示。由于位移法易于实现计算自动化，所以，在有(2)起吊底层甲板到预定位置垫墩上，限单元法中位移法应用范围最广。以位移法为例说明有限元法(3)插分段立柱l主要包括如下几个步骤：(4)起吊二层甲板就位，(1)将实际结构离散成独立梁单元、壳单元、管单元、实体(5)插上层甲板立柱。单元等，各单元之间通过节点连接起来；底甲板几何外形尺寸为29m×26．5m，吊装重量为118t，拟(2)建立单元节

4、点位移和节点力之间的关系，得到单元刚使用两台150t履带吊合吊，由于吊机起重能力达不到，所以起度矩阵，吊前甲板上未焊接钢板。该次吊装面积比较大，两吊点起吊跨距(3)将各种类型的荷载变换为只作用在节点上的等效荷达23m。在该问题中主要有两个方面的问题需要确定：载，得到结构体的总体刚度矩阵；(1)吊装构件强度和变形是否满足要求；(4)确定边界条件修正总体刚度矩阵；(2)主梁节点环形板断开处是否需要加强。(5)求解方程得到节点位移，进一步得到单元及单元内应模型主要由梁单元、杆单元、质量单元组成。动载荷放大系力和位移。数可按1．1～1．3l埘考虑，边界条件可以进行如下处理：另外在平台结构计算中

5、往往存在不同类型和不同自由度的(1)吊绳顶点设为固定约束；单元组合，在连接单元时要注意保证单元界面之间的协调，当单(2)在甲板边缘四角处增加弹簧约束以防止甲板产生刚体元彼此不协调，求解时会在不同单元之间传递不适当的力和力位移而影响计算的稳定性。矩。一般在不同单元组合时，单元之间本应按相容性要求加以处从图l可以得到最大VonMisesstress(第三强度理论)为理，但有时难以做到完全相容，考虑到位移协调单元内部已限定222MPa，节点最大变形约为69．2mm。石油化工建设∞”．∞155heaveytif【ingI吊装专栏计算结果表明在对主梁节点断开处经过连接加强后，吊装强度才能满足要求

6、。^N围3滑器粱缚柙分析结果田1某平台底甲板吊装分析结果载荷的影响。3．2某滑靴结构分析结构模型使用三维壳单元来模拟，MPC法连接壳单元。将滑靴是导管架或组块建造安装及滑移到码头前沿的必不可少折算后作用力600t载荷(静力学计算)施加到滑移梁结构位置的支撑结构体。图2为某滑靴结构的计算结果，目的是用来评价相应节点上，边界条件为滑靴底座竖向平动位移约束。经计算得是否可以用于1200t组块的建造安装。到滑移梁结构最大YonMisesstress为136MPa，节点最大变形模型由壳单元和实体单元组成，MPC法连接单元。将400t的约为17．4mm。结构梁强度分析见图3、滑移作业平面见图4、滑

7、压力施加到滑靴圆型柱端面上，150t的拉力作用到拖点上，滑靴移粱结构见图5。底部设为固定约束。计算结果表明：-(1)在圆柱端面和底部结合局部处产生很大的应力集中，。一_^4；．AN⋯一，-t甘、．’ry。圈4滑移作业平面田圈5滑移粱结构图计算结果表明梁结构初步设计满足要求。4结论(1)使用有限元分析软件对优化海洋工程加工设计，预见其设计效果具有重要的实际意义，(2)在上述工程实践中使用ANSYS有限元软件计算结果田2滑靴结构分析(2)主要结构如