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樁腿開孔后結構的強度分析

發布于:2022-05-16 21:36
強度分析

      自升式海洋平臺的結構可分為平臺主體、樁腿和樁靴等部分,樁腿的強度安全與否會直接關系到平臺整體的安全性。因此,在對樁腿進行開孔后,必須重新對樁腿結構進行結構的強度分析與屈曲安全計算與校核。本文針對遼河作業一號自升式平臺的樁腿進行了強度與屈曲計算。利用MSC Patran建立了開孔樁腿結構的有限元計算模型,根據不同工況下外載荷與平臺自重建立了樁腿的邊界條件。采用ABAQUS為結構分析的求解程序,計算樁腿的應力,將開孔樁腿的應力與未開孔時的樁腿應力進行比較,并進行強度校核。最后還對樁腿的屈曲強度進行了校核。
      遼河一號自升式平臺在安裝沖樁管線時,需要在樁腿上開孔,而開孔位置無法避開樁腿高應力區,因而需要對開孔樁腿結構進行局部強度分析,分別選取艏樁和艉左樁作為分析對象,建立結構計算的有限元模型,如圖1所示為平臺艏樁的有限元模型,圖2為艏樁開孔處的局部有限元網格。
      樁腿材料為D32鋼,最下部5m為E32鋼,樁腿內組合型材采用D32鋼(均為船用鋼),其主要材料特性為:屈服極限σs=315MPa,密度ρ=7857kg/m3,彈性模量E=210GPa,剪切模量G=80GPa。在有限元計算中,坐標原點取在對應于平臺整體分析的z=0的柱腿中心位置,即平臺基線處,取X軸沿平臺長度方向,指向艏為正;取Y軸沿平臺寬度方向,向左為正;取Z軸沿垂向,向上為正。開孔處內部加強結構如圖3所示,其有限元網格圖4所示。
      在有限元計算中,坐標原點取在對應于平臺整體分析的z=0的柱腿中心位置,即平臺基線處,取X軸沿平臺長度方向,指向艏為正;取Y軸沿平臺寬度方向,向左為正;取Z軸沿垂向,向上為正。開孔處內部加強結構如圖3所示,其有限元網格圖4所示。計算過程中分別建立了艏樁和艉左樁的結構有限元模型,以便進行局部強度校核計算。結構模型對整個樁腿的各構件進行模擬,詳細反映縱桁、水平撐桿以及樁靴內部結構,模型對樁腿噴沖接口的開孔位置以及開孔周圍的加強結構進行了細致的模擬。
      對整個樁腿模型都采用板殼單元,網格足夠細密,樁腿的外殼沿圓周設置52個節點,其網格尺度大約為163mm。為更真實地反映噴沖接口開孔邊緣的應力結果,其周圍的網格劃分更加細密,小孔周圍布置32個節點,其網格尺度大約為15mm。模型網格單元一般采用四邊形板殼單元,并盡量劃分為正方形單元。對于極少部分網格劃分比較困難的地方,采用三角形板殼單元。在縱向桁材和水平撐桿腹板以及肘板腹板上,沿垂直方向布置不少于3個板單元。艏樁模型劃分為66621個單元,共62244個節點。艉左樁劃分為66075個單元,共61701個節點。


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