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本研究利用有限元分析軟件ANSYS對(duì)海洋平臺(tái)運(yùn)輸時(shí)駁船進(jìn)行了強(qiáng)度分析及加強(qiáng)方案進(jìn)行了探討，ANSYS軟件主要包括3個(gè)模塊：前處理模塊、計(jì)算分析求解模塊和后處理功能模塊。前處理階段完成建模及網(wǎng)格劃分后，用戶在求解階段通過(guò)求解器獲得分析結(jié)果。在求解階段，用戶可以定義分析類型、分析選項(xiàng)和載荷數(shù)據(jù)，然后開(kāi)始有限元求解。ANSYS的后處理過(guò)程緊接在前處理和求解過(guò)程之后，通過(guò)用戶界面，用戶可以很容易地獲得求解過(guò)程的分析結(jié)果并對(duì)這些結(jié)果進(jìn)行運(yùn)算，這些結(jié)果可能包括位移、溫度、應(yīng)力、應(yīng)變、速度及熱流等。輸出形式有圖形顯示和數(shù)據(jù)列表。
基于以上基本理論的分析，我們以某組塊的運(yùn)輸過(guò)程中船體強(qiáng)度進(jìn)行分析。該油田位于渤海中部海域，距東北的渤中28-1油氣田約22km，屬于渤中油田群，水深約為20m。
該平臺(tái)是一座集鉆修井、生產(chǎn)及生活為一體的12腿、12樁的綜合平臺(tái)，有2個(gè)井口區(qū)40個(gè)鉆井槽。在頂層甲板有一座可容納10人的生活模塊，其總重量約為8,879t。
一、運(yùn)輸駁船概況
海洋石油221為無(wú)人非自航8,000t深水導(dǎo)管架下水駁船，其載貨能力為29,000t，長(zhǎng)度為142m，寬度為36m，型深9.75m。
概況如下：
船籍：中國(guó)船級(jí)社
建造年份：2004
所屬港籍：天津港
二、載荷狀況
駁船在運(yùn)輸組塊過(guò)程中，除了受到自身的重力載荷外，還受風(fēng)、浪、流等外界載荷作用，船體將和上部運(yùn)輸結(jié)構(gòu)一起運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生橫搖、縱傾、升沉等6個(gè)自由度方向的運(yùn)動(dòng)。駁船將要承受以上外界載荷共同作用下的總作用力。作用力將通過(guò)滑靴和滑道傳遞到船體上，最終將由船體龍骨及縱橫艙壁承擔(dān)。根據(jù)SACS的計(jì)算結(jié)果，各節(jié)點(diǎn)支反力最大值如表所示。
三、海洋石油221有限元模型建立
本研究利用以上章節(jié)所述理論建立了海洋石油221船有限元模型，在進(jìn)行船舶強(qiáng)度計(jì)算分析時(shí)，其上構(gòu)件主要分為主要構(gòu)件和次要構(gòu)件。
主要構(gòu)件包括船體弦側(cè)外板、橫艙壁、析材等，它們對(duì)船體的整體結(jié)構(gòu)起到主要作用，影響船體的整體變形和應(yīng)力場(chǎng)分布。
次要構(gòu)件只是起到局部作用，如析材、肋板上所加的扶強(qiáng)材等，它們不影響結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度、變形。
1.模型坐標(biāo)系的選擇
為了描述各構(gòu)件在船體和整個(gè)結(jié)構(gòu)中的位置、各計(jì)算工況下結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力分布情況以及約束和加載條件，X正方向指向右舷，Y正方向從船底指向甲板，Z正方向沿船長(zhǎng)方向且指向船首。
2.單元的選取
為了保證計(jì)算可靠，必須采用比較精確的結(jié)構(gòu)分析模型，盡可能把每一個(gè)主要構(gòu)件真實(shí)地描述出來(lái)。由于該船外板和艙壁均為平面結(jié)構(gòu)，其中的橫、縱向構(gòu)件也相應(yīng)地為直線結(jié)構(gòu)，根據(jù)該船體結(jié)構(gòu)及受力特點(diǎn)，為尋求計(jì)算精度和計(jì)算量的平衡，采用ANSYS單元庫(kù)中的如下兩種單元：
(1)板殼單元-SHELL63，它是具有抗彎曲和拉、壓能力，能承受面內(nèi)和垂向載荷的彈性單元。這種單元在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上有6個(gè)自由度，如圖所示。一樣每個(gè)節(jié)點(diǎn)存在6個(gè)自由度。
3.有限元模型的建立
基于上述兩種單元和船體結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，我們用兩種方法建立了海洋石油221的局部有限元模型。
(1)船體結(jié)構(gòu)中所有所有的板材，包括甲板、首尾封板等，它們既承受橫向載荷，又承受面內(nèi)載荷，用板殼單元SHELL63，其中船體中的龍骨和橫梁結(jié)構(gòu)也用SHELL63單元組合而成，其上部的滑道用SHELL63單元建模，如圖所示。
(2)由于SHELL63單元和BEAM 188單元具有相同的自由度。因此，船體結(jié)構(gòu)中縱橫艙壁用SHELL63單元來(lái)模擬，船體中的龍骨和橫梁結(jié)構(gòu)用BEAM 188單元組合而成。其上部的滑道用SHELL63單元建模。
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