超大型浮体结构极限强度研究综述

随着世界人口的迅速增长、内陆资源的枯竭和世界经济的可持续发展,人类逐步加大了海洋资源开发和空间利用能力的投入力度.超大型浮体结构是近几十年来海洋利用中备受关注的海洋结构之一.尽管对超大型浮体进行了广泛的研究,但仍有许多关键技术需要解决,超大型浮体结构的极限承载力就是关键技术之一.本文首先给出了经典的超大型浮体结构构型,其次针对文中的构型给出其载荷特性,然后总结分析了超大型浮体的极限强度计算方法以及试验研究,最后对超大型浮体结构极限强度研究的进展进行了讨论.     

超大型浮体结构极限强度研究综述（英文）

随着世界人口的迅速增长、内陆资源的枯竭和世界经济的可持续发展,人类逐步加大了海洋资源开发和空间利用能力的投入力度。超大型浮体结构是近几十年来海洋利用中备受关注的海洋结构之一。尽管对超大型浮体进行了广泛的研究,但仍有许多关键技术需要解决,超大型浮体结构的极限承载力就是关键技术之一。本文首先给出了经典的超大型浮体结构构型,其次针对文中的构型给出其载荷特性,然后总结分析了超大型浮体的极限强度计算方法以及试验研究,最后对超大型浮体结构极限强度研究的进展进行了讨论。     

半潜式超大型浮体的多刚体试验研究

超大型浮体作为人类开发海洋的前沿基地,正在成为世界各国海洋工程界研究的一个热点.由于超大型浮体尺度巨大,因此它必定会采用模块化结构,由几种基本的模块在海上加以拼装,连接而成.因此,采用何种形式的连接器已成为超大型海洋浮式结构物设计过程中的一大关键技术问题.本文主要介绍了国内首次进行的半潜式超大型浮体的多刚体试验,在试验中采用刚性模块、柔性连接形式,对各模块的相对运动以及模块与模块之间连接器载荷的动力响应特性进行了研究.     

超大型浮体波浪中的完整稳性研究

海洋超大型浮体通过多模块前后相连达数千米长,其完整稳性不同于常规的船舶与海洋平台结构物。论文假设超大型浮体为多模块刚性连接,在静水完整稳性分析的基础上,考虑波长、波高(波陡)、浪向、波峰波谷位置等波浪要素对其垂向弯矩的影响,计算结果表明:超大型浮体多个模块由于之间的刚性连接约束了相对位移和转角并且横向特性完全相同,其初稳性、大倾角稳性与单模块的特性一致;而通过变化波长、波高(波陡)、浪向、波峰波谷位置等波浪要素,求得的最大垂向弯矩随着模块数量的增加而有不同程度的增加,波浪中的初稳性、大倾角稳性较静水中亦有所不同。     

基于Ansys/AQWA的极大型浮式结构总体强度分析

以极大型浮式结构的单模块为研究对象,采用大型通用有限元软件Ansys/AQWA进行极大型浮体水动力响应分析并预报波浪载荷,进而调用ASAS模块进行极大型浮体总体强度分析。分析结果表明:极大型浮体3个连接部位,即横撑与下浮体围壁连接处,立柱外壳与上箱体底板连接处和立柱外壳与下浮体外板连接处出现了较大的应力集中,其中横撑与下浮体围壁连接处的应力值可能已超过许用应力。因此,对横撑与下浮体围壁连接处进行结构加强,采用Ansys/AQWA对结构改进后的极大型浮体进行总体强度分析,并与改进前的结果进行对比。从对比结果可知:通过结构的改进和加强,横撑与下浮体连接处的Von Mises应力普遍下降。本文的研究成果将为极大型浮体后续的疲劳分析提供重要的理论基础。     

超大型浮体结构碰撞损伤研究

基于LS-Dyna数值仿真软件,以双模块超大型浮体结构为研究对象,开展油轮与双模块超大型浮体结构发生碰撞的数值仿真分析.数值仿真中碰撞场景为邮轮撞击模块中部结构,材料模型采用线性强化弹塑性模型,并计人应变速率引起的材料强化,考虑碰撞发生时的接触及摩擦.通过本文的研究,获得了双模块超大型浮体结构变形及损伤规律,讨论了结构的吸能特性和运动规律等,可为超大型浮体结构的耐撞性设计提供参考.     

非均匀海底环境下铰接超大型浮体的水弹性响应分析

本文采用基于离散模块思想的频域水弹性分析方法,对处于非均匀海洋环境下的铰接超大型浮体的水弹性响应进行分析.该方法首先将连续浮体离散为多刚体系统;然后应用三维势流理论获得各个刚体的水动力系数,将其与弹性梁刚度阵进行耦合,得到浮体在波浪作用下的运动学方程;随后引入铰接约束矩阵,建立铰接超大型浮体在非均匀海底环境下的运动学方程,在频域中求解该方程得到浮体的位移响应;最后利用梁的弯曲理论,获得浮体的弯矩分布以及铰接点处的轴向力和剪力.通过对比不同入射角度、波长和海底条件下浮体的水弹性响应,发现非均匀海底对铰接点的位移和受力有明显的影响.     

海上风电安装平台正压型下浮体气密性研究

本文以3 500型深水高效海上风电安装平台的下浮体结构为研究对象,基于Fluent进行气密性压降研究,为正压型下浮体的密封和保压控制提供理论基础。首先由基本理论推导气体泄漏一般方程,结合实际工况确定数学模型进行计算;然后通过Fluent仿真模拟对模型网格进行独立性检验,将仿真结果与计算结果进行相关性验证。最后对下浮体泄漏口数量和位置,以及内部结构对泄漏过程的影响进行探究。结果表明,仿真结果和计算结果相关性可达0.97以上;泄漏口数量为3个及以上时,压降过程基本不再受泄漏口数量影响;内部结构体积占比较小时,下浮体内部结构和泄漏口不同位置各组间压降数据RMSE值小于100,即压降过程可以视为一致。     

基于直接计算方法的海上超大型浮式结构物单模块强度分析

海上超大型浮式结构是由若干个与半潜平台相似的浮体通过连接器相连而成的一种新型海上结构,目前对其结构强度分析较少。文章基于直接计算方法,采用SESAM/Hydro D进行超大浮体单模块水动力分析并预报其波浪载荷,进而调用SESAM/Sestra模块进行超大浮体总体强度有限元分析。分析表明,超大浮体的三个连接部位出现了较大应力集中。选取这三处连接部位作为关键节点,采用ANSYS计算该三处关键节点的局部强度。研究结果表明,在横撑与下浮体连接处总体和局部应力均最大,该部位是易产生疲劳破坏的部位,需要重点研究。     

超大型浮体柔性连接器极限强度模型试验研究

本文针对五模块横向下浮筒式超大型浮式结构物,基于刚性模块柔性连接模型计算获得连接器的工作载荷和极限载荷,结合超大型浮体结构形式和连接器构型特点,设计并开展了柔性连接器结构极限强度模型试验,获得了连接器结构的失效模式和极限强度.试验结果表明该连接器设计合理、连接安全、结构可靠,为验证柔性连接器极限强度评估方法和优化柔性连接器设计方案提供了依据.     

铝合金舟桥结构设计与甲板力学性能研究

针对铝合金舟桥在设计、受力分析、制造工艺诸方面的技术难题,开展了“铝合金用于舟桥承重结构的设计研究”预先研究工作。通过分析和试验研究,选出5种符合舟桥结构特点和加工要求的国产铝合金材料,确定了它们的机械性能和本构模型,制定了铝合金舟桥实用的焊接制造工艺;根据铝合金材料和舟体受力特点,提出了铝合金舟体结构的设计原则和雏形;通过结构拓扑优化和尺寸优化,确定了铝合金甲板的设计方案;通过理论分析和试验研究,建立了舟体结构强度的有限元数值分析模型,分析了铝合金甲板极限承载力和破坏机理,并建立了合理的失稳模态计算模型。     

新海龙海鲜舫系泊通岸设计及效果分析

介绍无动力趸船的系泊通岸设计,采用抱桩的形式,其平稳性及安全性较好,并着重阐述栈桥的受力计算和解决方案,还指出工程施工时重点控制的环节。     

76 000 DWT散货船浮箱载船下水研究

浮箱载船下水是船舶下水方式之一,浮箱载船下水过程中,浮箱的安全是保证船舶安全下水的关键因素,因此,对浮箱安全的评估显得特别重要。对76000 DWT散货船浮箱载船下水和支墩刚度的计算进行了较详细的研究,计算结果显示下水过程中的浮箱的总纵强度和稳性满足许可要求,此船浮箱载船下水工艺可以指导其他船舶浮箱载船下水。     

浮箱举船下水的结构强度有限元分析方法

本文叙述了利用ANSYS程序对船舶产品下水时的浮箱结构强度进行详细有限元计算的方法.考虑下水船舶刚度对浮箱抗变形的作用,确定墩木反力在浮箱举船下水变形后沿纵向分布情况,提出了计算模型中的墩木反力加载技术.通过两个工程实例证明本方法可以对下水浮箱进行完整的结构强度校核,具有工程实用价值.     

印尼某趸船码头系泊方案研究

一般性散货码头通常采用散货船直接靠泊码头的作业方式。而对于趸船型散货码头,在散货船和码头之间还存在趸船作为过渡。这种情况下船舶荷载的计算以及缆绳力的响应特征需要综合考虑双船之间的相互作用机制,目前规范中对于趸船泊位靠泊计算尚缺少详细的条文说明,本文以印尼某趸船散货码头为例,借助OPTIMOOR软件,通过反应振幅算子方法分析趸船码头系泊布置方案,供类似工程参考。     

LNG燃料船采用趸船加注的定量风险评估

LNG燃料船在内河水域采用趸船加注是一种可行的方式。为有效评估趸船作业中的风险,选定一艘内河LNG加注趸船,对其为一艘1万载重吨运输船加注过程开展了定量风险评估。依据评估流程,依据危险源辨识结果筛选出高危场景,同时依据国际权威数据库对高危场景进行概率分析。采用三维计算流体力学软件FLACS模拟高危场景后果,确定安全距离,并计算各场景的个人风险值。依据国内公认的风险接受准则,画出作业区域个人风险等值曲线并确定作业安全距离,保障趸船LNG加注作业的安全。     

波浪作用下趸船对高桩码头的受力影响

在以往研究成果的基础上,通过对不同水位波浪作用下码头前无趸船、有趸船但不与码头连接和有趸船并采用 引桥连接3种布置方案进行物理模型试验,测量了码头受到的水平力和上托力,分析了3种布置方案趸船对码头受力的不同 影响。试验结果表明：趸船和引桥的传递作用会使码头受到的水平力增大,趸船对波浪的阻碍作用会使码头受到的上托力 减小。     

张立腿平台浮箱框架结构强度分析方法研究

浮箱是张力腿平台主体结构的组成部分之一,它承受着由平台甲板和立柱传递来的总体载荷以及局部静水载荷。不同的浮箱结构型式会对荷载路径和受力大小产生影响,不同的设计需求会带来不同的结构型式设计。本文介绍 TLP平台浮箱框架的典型结构型式以及基于有限元的强度分析方法,并通过浮箱横向框架有支柱和无支柱2种不同型式的浮箱框架结构案例分析予以阐述。     

基于沉箱浮游稳定性计算原理的浮码头横稳性计算方法

浮码头中的浮箱横稳性关乎旅游码头运营安全及游客人身安全。JTS 165-7—2014《游艇码头设计规范》发布之前,工程设计中浮箱横稳性计算均采用重力式沉箱浮游稳定性计算原理。在梳理沉箱和浮箱计算原理的基础上,采用理论分析、公式推导、工程案例验证的研究方法,证实了浮箱横稳性计算采用重力式沉箱浮游稳定性计算原理是合理可行的。研究成果对后续研究及设计工作具有重要的参考价值。