第 17 卷第 1 期 218 年 3 月 南通航运职业技术学院学报 南通航运职业技术学院学报 JOURNAL OF NANTONG VOCATIONAL & TECHNICAL SHIPPING COLLEGE Vol.17 No.1 218 年 Mar. 218 doi: 1.3969/j.issn.1671-9891.218.1.8 半潜式钻井平台甲板极限强度有限元分析 夏 苏 上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院 上海 23 摘 要 以某半潜式平台甲板为研究对象 利用非线性有限元软件 ABAQUS 建立有限元模型 计算 了在横开弯矩 横 关弯矩两种载荷模式下的极限强度 分析计算了结构弯矩与时间的关系曲线 得出了结构应力分布 为该类型甲板的结构 承载能力评估提供了参考 关键词 半潜式钻井平台 甲板结构 极限强度 有限元 中图分类号 U661.4 文献标识码 A 文章编号 1671-9891 218 1-3-5 引言 对于半潜式平台这种大型的复杂结构 在其建造或使用过程中 若遇到危险工况 极容易发生局部结构 的受损甚至破坏 最终导致平台整体的沉没因此 研究局部结构的极限承载能力是十分必要的所谓结构 的极限强度 是指对结构不断增加环境荷载来计算其受力及变形状态 直到结构不再承受更高荷载为止[1] 对于半潜式平台甲板来说 一般用极限弯矩来评估它的结构承载能力本文分别计算了某半潜式平台甲板 在横开弯矩及横关弯矩下的极限强度 1 几何模型 图 1 为半潜式平台甲板的简化模型 整个甲板共分四层 分别为 deck3 deck31.7 deck35.15 deck38.6 共设置 7 道纵舱壁和 5 道横舱壁 甲板及舱壁由许多纵横交错的骨材予以加强 且每两层甲板之间 在各舱 壁上设置一道加强筋由于作业需要 每层甲板中间位置均有较大的开口图 1 中 x 轴方向为纵向 所有的 构件均设置为 shell 单元平台甲板的主尺度参数如表 1 所示 表1 甲板总长/m 平台甲板的主尺度参数 甲板总宽/m 77.48 74.42 a 总体外观 甲板型深/m 8.6 b 骨架及加强筋 图1 半潜式平台甲板结构图 收稿日期 217-12-6 作者简介 夏苏 1988 男 江苏南通人 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院硕士生
1 31 2 AH32 σ r = 315 MPa E = 21 GPa υ =.3 2 3 2 / mm σ r / MPa E / GPa Deck3 16 315 21.3 Deck31.7 14 315 21.3 Deck35.15 12 315 21.3 Deck38.6 2 315 21.3 3 / mm σ r / MPa E / GPa Deck3 22 1 315 21.3 Deck31.7 2 1 315 21.3 Deck35.15 14 9 315 21.3 Deck38.6 22 1 315 21.3 / υ / υ 3 2 3.1 RP-1 RP-2 Coupling, RP-2 U1 U2 UR2 UR3 RP-1 U1 U2 U3 UR2 UR3 3 x z x 4 RP-1 1 RP-2 RP-1 VR1 = +.1 rad / s RP-2 VR1 = -.1 rad / s 2 1 2
32 218 3 RP-1 RP-2 3.2 RP-2 U1 U2 UR2 UR3 RP-1 U1 U2 U3 UR2 UR3 RP-1 3 RP-2 4 RP-1 VR1 = -.1 rad / s RP-2 VR1 = +.1 rad / s 4 4 3 4 4.1 1 5 37.5 ms 3 7 MN m /MN m 4 35 3 25 2 15 1 5 2 4 6 8 1 12 14 16 5 /ms 2 7.5 ms 6 22.5 ms 7 37.5 ms 8 6 ms 9 6 7 8 9 22.5 ms 37.5 ms [2]
第1期 夏苏 半潜式钻井平台甲板极限强度有限元分析 图6 图8 4.2 7.5 ms 时结构应力图 37.5 ms 时结构应力图 33 图7 22.5 ms 时结构应力图 图9 6 ms 时结构应力图 横关弯矩下的结构极限承载力分析 1 弯矩 时间曲线弯矩与时间的关系曲线如图 1 所示可以看出 结构在 37.5 ms 时达到极限状态 弯矩/MN m 极限弯矩为 3 63 MN m 弯矩 4 35 3 25 2 15 1 5 2 4 图 1 6 8 1 12 14 16 时间/ms 结构弯矩 时间曲线图 2 应力图根据计算结果 可得到横关弯矩下的结构应力图 其中 7.5 ms 时结构应力图如图 11 所示 22.5 ms 时结构应力图如图 12 所示 37.5 ms 时结构应力图如图 13 所示 6 ms 时结构应力图如图 14 所示 图 11 7.5 ms 时结构应力图 图 12 22.5 ms 时结构应力图
34 218 13 37.5 ms 14 6 ms 11 12 13 14 22.5 ms 37.5 ms 5 3 7 MN m 3 63 : [1],,. MARC [J]. ( ),26,(5):889-891. [2],. [J].,211,(3):44-46. Finite Element Analysis of Ultimate Strength of Semi-submersible Drilling Platform Deck XIA Su (School of Naval Architecture, Ocean and Civil Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 23, China) Abstract: Taking a semi-submersible platform deck as a research object, the nonlinear finite element software ABAQUS is used to establish the finite element model, and its ultimate bending strength is obtained by calculation in the horizontal closing and opening load modes. The relative curve between structure bending moment and time is analyzed and computed, based on which the distribution of structural stress is drawn. It provides reference for assessing the loading capacity of such type of deck structure. Key words: Semi-submersible drilling platform; Deck structure; Ultimate strength; Finite element