平台强度分析
自升式钻井平台结构强度分析研究
ｌ ｓｒ ｔ ｄ ｕ ｔａ ｅ ．Ｂａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｓｒ ｃｕ ｅ ｃ ａ ａ ｔｒｓ ｉ ｏ ａ ｋ ｕ ｎ ｔ ，ｔ ｅ ｃ ｎ ｅ ｔ ｏ ｔｕ ｔ ｒ ｓ ｄ ｏ ｈ ｔ ｕ ｔ ｒ ｈ ｒ ｃｅ ｉｔ ｆｊｃ — ｐ ｕ ｉｓ ｈ ｏ ｔｎ ｓ ｆ ｒ ｓｒ ｃｕ ｅ ｃ
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｔ ｕ ｔ ｒ ｔ ｅ ｇ ｈ Ａｎ ｌ ｓｓ ｆ ｒ Ｓ ｌ－ ｅ ａ ｉ ｉｌｎ ｓ ａ ｃ ｎ Ｓ ｒ ｃ ｕ ｅ Ｓ ｒ ｎ ｔ ａ ｙ ｉ ｏ ｅ ｆ Ｅｌ ｖ ｔｎｇ Ｄｒ ｌｉ ｇ Ｕｎｉｓ ｔ
ＬＩ Ｈ ｏ ｇ ｔ ｏ， ｎ —ａ
本文 以 自升式 钻井 平 台的结构 安全 为 目的 ， 阐述 了结 构 强度 理论 ， 括屈 服 强 度理 论 、 曲强 度 理论 和 包 屈
疲劳 强度理 论 ； 结合 自升式 钻井平 台结 构特 点 ， 出 了总体 性 能分 析 、 并 提 船体 强 度分 析及 局 部 强度 分 析 ３个
主要 的结构 强度 分析 ； 最后 以一桁 架式桩 腿 的 自升式 钻井 平 台 为例 ， 过有 限元 分 析 和求 解 ， 通 阐述 此 类移 动 平 台结构强 度分 析 的过 程及方 法 ， 工程 实践有 指 导作用 ， 为工程设 计人 员提 供借 鉴 。 对 并
１ 结 构 强度 失 效 形 式
自升式 钻井 平 台结 构强 度失效 形式 主要有 ３ ， 种 即屈 服强 度失效 、 曲强度 失效 及疲 劳强度 失效 。 屈
１１ 屈服 强度ｌ ． ２
对 于桩 腿 、 甲板 间支撑 等独立 构件 ， 其屈 服强度 应满 足下式 （ ） （ ） １ 、２ ：
承 受轴 向拉 伸 和弯 曲组合 作用 时
一 ａｔ 十 Ｌ
LNG船液舱围护系统安装平台结构强度计算分析
基 金项 目：沪 东中华 造 船 （ 团）有 限公 司合 作项 目 （ 集 工信 部联 装 ２ １ （２ ００ ６８号 ）；江 苏高 校优 势学 科建 设工程 资助 项 目 （Ａ Ｄ） ） ＰＰ 。
为安装 平 台的 结构强度 分析 提供 系统 的技 术支持 。
１ 三维模 型的建立
１１ 模 型简 介 ． 根据 相关 技术 资料和 图纸 ，对 一艘 １７０ｍ ＮＧ 的安 装平 台建立 结构 有 限元 模型 。该安装 平 台 ４ ００ Ｌ 船 有 １层 ，除第３ 与第 １层满 铺外 ，其他 各层 为 中空 结构 。平 台主 要 由Ｔ 框架 、Ｃ型连 接梁 和伸 缩梁 ０ 层 ０ 型
与工程实际应用还有较大距离。文献［ 应用有限元法探讨了载荷数量和风载对扣件式钢管脚手架的整 ４ ］
体稳 定承 载力 影 响 。 献［］ 有 限元法 引入 到 Ｌ 文 ５将 ＮＧ船 安 装平 台 的质 量最 小 目标 的优化上 ， 但对 安装平 台的结构 强度 有 限元 分析 不系 统 。本文 用有 限元 法对 Ｌ ＮＧ 船安装 平 台进行 整体 结构 稳定承 载 力分
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ｃ 型连接梁
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第 ２ 层
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５卷 ２
第 ４期 （ 第 １８期 ） 总 ９
中
国
造
船
、 ．２ Ｎｏ４ （ ｆ ｌ ． ９ ） ｂ１ ５ ． Ｓｅ ａ ｉ Ｎｏ １ ８
海洋平台的极限强度分析方法探析
海洋平台的极限强度分析方法探析1 概述能源是人类社会发展的物质基础。
随着经济的快速发展，石油的需求量日益提高，同时陆地石油不断减少，海洋石油开发成为热点。
平台工作水深不断增加，传统海洋平台运动性能和定位方式难以满足要求。
固定式平台因自重和造价等因素也不能适应深海环境，所以研发新型的适应深海的浮式海洋平台。
分析、设计、制造能适应多种水深、多种工作环境的海洋平台十分必要。
近年来国内外学者对平台的设计研究较多，而对平台的结构强度及可靠性分析不够，而且多数研究仅限于简单板、加筋板或固定式平台结构，对平台结构的复杂的节点结构、关键的横撑构件等极限强度研究不够。
本文将利用船体有限元分析方法，根据相关资料采用大型通用有限元软件对平台的整体结构进行有限元模拟，按照结构的实际情况确定有限元网格的规模和单元的类型，建立结构有限元模型。
2 环境载荷对于工作地点在大海中的海洋石油平台经受的外界环境载荷主要包括风、波浪、海流、冰以及地震海啸等，本文主要考虑风、波浪和海流三大主要环境载荷。
2.1 风载荷海洋结构物设计过程中，风载荷对稳性、定位系统和局部结构强度等的影响必须考虑。
目前工程界对脉动风的描述，一般有稳定部分和变动部分。
海工界经常使用的是NPD谱和API谱。
2.2 海流载荷海流存在于距离海平面的一定深度，因此对于水下构件以及海底构件会产生力的作用，同时影响着平台方位的选择以及船舶靠岸等。
潮汐流和风浪流是海流两种类型，前者是由于天体运动形成的引潮力引起的，后者是由于气象、水文等因素引起的。
余流的主要组成部分是风海流。
对于海洋平台所受的风和流载荷，通常是通过风动试验来取得其载荷的大小。
2.3 波浪载荷海洋结构物在波浪作用下产生的作用效应有：（1）拖曳力作用，这是由于流体不是理想流体而引起的粘滞效应；（2）惯性力作用，这是由于附加质量效应引起的；（3）散射效应，由于入射波受到结构物阻碍引起的；（4）自由表面效应。
结构物界面的特征尺寸和波长是影响波浪载荷对于结构物作用的重要影响因素。
铝合金直升机平台结构强度分析方法研究
中 国 水 运
N Ed χ min ω x N Rd
ψC
第 17 卷
+ M 1 y,Ed ω0 M y , Rd
1.7 1.7 M z,Ed + M z , Rd 0.6
≤ 1.0
（4）
其中 N Ed , M y,Ed , M z,Ed 为设计需要的最大载荷，可通过结构 分析获取。 N Rd , M y,Rd , M z,Rd 为杆件自身承载能力，由杆件、截 面、铝合金材料的属性和连接方法等计算而得。 ω0 为局部焊 接影响参数，无焊接情况下为 1。 χ 为考虑截面属性、杆件 失效模式等的折减系数。
[6]
0.5KN/m MTOM 2.0KN/m
2
2
件和连接节点的强度分析方法。 二、工况载荷分析 直升机平台的功能主要是作为直升机的升降平台，平时 存放固定闲置的直升机。因此，直升机平台的设计工况大致 可以分为降落工况和系留工况及空置工况。各工况的载荷设 置如表 1 所示。 表 1 中， MTOM 为直升机起飞最大重量， 根据不同型号 的直升飞机参数确定。因 CAP437 的系留工况的载荷已涵盖 船级社所要求的空置工况载荷值，所以并没有另外要求计算 船级社的空置工况。而 CAP437 的设计载荷各方面都比船级 社设计要求严格。表现在恶劣天气或不可控情况下紧急降落 时的垂直冲击载荷比正常的降落工况大；考虑支撑梁系和杆 件单元的动力结构谐振现象的动力响应因子；考虑直升机降 收稿日期：2016-09-23
载荷 均布载荷 垂直冲击载荷 动力响应因子 降落工况 侧向载荷 均布载荷 直升机重量 均布载荷 系留工况 海洋结构物惯性载荷 环境载荷（风、浪） √ √ √ √ √ 0.5KN/m MTOM 0.5KN/m
半潜式平台空间刚架模型强度分析
参 考 文 献
【】 Ｅ Ｉ ＡＣ ． Ｕ ｅ’Ｍａ ｕ ｌ ．０５ １ Ｄ ． Ｓ５２ ｓｒ ｎａ［ ２ ０ ． Ｓ Ｓ Ｍ］
［］余建星， ２ 胡云 吕， 半潜式海洋 台整体结构的三维可靠性分析［ ，１ 等． Ｊ 『 吲造船，９ ５（ ） 】ｆ １９ ２
【］胡 云 吕， ． 面 刚 架 结 构 系 统 的 可靠 性 分 析 【 ． 囤造 船 ，９ １ （ ）． ３ 等平 Ｊ巾 ］ １９ ４ ［】余 建星 ， 等． 横 框 架 的最 优 可 靠 性 分 析 ［Ｊ 困 造 船 ， ９ （ ）． ４ 船体 Ｊ小 ． １ ３ ４ ９ 【】刘 闯． 海 导 管 架 式 甲 台的 可 靠 件 分 析 ［ ］ 津 大 学，９ ２ ５ 渤 Ｄ． 天 １９ ．
连 接 处 的刚性过 渡 ，如 图 １ 示 。 所
图 １ 二 维 框 架 梁 模 型
收稿 日期 ：２ １－２２ ； 修改稿收稿 日期：２ １一６２ ０ ０ ．５ １ ＂ ０ ０ —９ ｌ
１０ ８
中
ｌ 司
造
船
学 术 论文
１ ２ 模型 刚度 的模 拟 ． 基 于主结 构 图纸 ，根据 浮体和 立柱 结 构特 点 ，以 单一 梁表 示 ，并 以其几 何 中心轴位 置 作为 ３ 梁 Ｄ 系模 型 中相应 结构 的建 模位 置 ，结构 的剖面 属性 根据 结构 剖面 的变 化而 作调 整 ；甲板模块 则根 据纵 横 舱壁 的分布 ，在 Ｓ Ｃ Ａ Ｓ中建 立几 何模 型框 架体 系 ，并计 算 甲板梁 所代 表 的实 际结构 的剖面 属性 ；连 接 处 主要 采用 刚度 较大 的梁 系来模 拟 力系 的传递 ，体 现 结构整 体 刚度 ，如 图 ２所 示 。
半潜式平 台空 间刚架模型强度分析
风暴状态下自升式平台结构强度分析
风暴状态下自升式平台结构强度分析摘要：自升式平台作为典型的海洋工程结构物，它由船体、桩腿、升降机构以及一系列钻井设备组成，由于恶劣的工作环境、复杂的结构。
如何对其进行风暴状态下的结构强度分析显得尤为重要了。
本文以某油气回收自升式平台为例，采用有限元分析方法，基于ABS自升式平台结构规范，考虑平台工作载荷、风浪流环境载荷、∆P效应等，应用MSC.Patran/Nastran软-件对平台的桩腿及主体结构进行了强度评估。
通过分析表明：平台主船体满足屈服屈曲强度要求，桩腿满足整体及局部屈曲强度要求，而高应力发生在桩腿与平台主体连接处。
由此，连接部位是平台设计、强度评估需重点关注的。
关键词：自升式平台；强度分析；有限元方法；设计载荷1引言自升式平台占海上移动平台数量的2/3以上，极限状态下的强度分析是平台设计阶段很重要的内容，风暴自存是自升式平台作业的危险工况，承受严酷的海洋环境载荷，属于平台设计的强度控制状态。
由此，对于风暴状态平台船体和桩腿的强度分析，受到平台试验部门的高度关注[1]。
在平台强度分析中，如何合理的建立结构的力学模型，使计算模型能够模拟出实际结构的工作状态，精确计算平台所受的载荷，对自升式平台极限工况下的结构安全性进行有限元分析，对研究自升式平台就显得至关重要了。
2平台有限元模型2.1自升式平台参数本平台为插销式液压升降的四桩腿自升式平台，平台主要由平台主体、油气工艺处理系统、桩腿及液压升降系统等组成。
平台主体为空间箱形结构，主要参数见下表1。
表1 平台主要参数序号项目设计参数1 型长×型宽×型深55m×35m×5.5m2 肋距0.5m3 桩腿形式及数量圆形壳体式，4根4 桩腿长L×直径D×板厚t 67m×3.0m×36.0mm5 桩靴（正四边形） 6.8m×6.8m×1.65m6 吊机起重能力10t7 升降系统正常升船能力1400t×48 材料AH36,DH36,EH36图1 某油气回收自升式平台总布置图及桩腿编号2.2有限元模型建立2.2.1建模方法及原则基于自升式平台各构件受力及传力特性，在用有限元软件对其建模分析时，对其有限元模型作一些合理的假定，并最大程度地保证简化后的有限元模型质量，刚度的不变性以及边界条件的合理性，本文主要分析自升式平台风暴状态的强度，重点关注区域是桩腿与平台主体连接处的强度[2]，采取梁单元模拟的桩腿结构。
自升式平台主船体结构强度有限元分析
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强度进行有限元分析的过程 、处Ｎ ３ 法及应注意的问题，并对计算工况 、载荷 的施加等问题进行 了相应说明。 ＿－
关 键 词 ： 自升式平台；主船体强度；有限元分析
０ 引 言
白升 式平 台作 为一 种重 要 的移动 式平 台 ，是 开发海洋 石油 的基础 装 备 。 目前 ，自升 式平 台 已经成
点 壳 元 ，少鼍 使刑 ３ 点壳 单元 。部 分小肘 板 和扶强 材没 有考 虑 。人的 丌孔通 过删 除 十 应 位置 的 ｆ ｛ 元 ，体现 力 的传递 作用 ；小的开 孔则 忽略 汁。 ｌ 网格划 分具 体 过程及 问题处 理 ＿ ３ 网格 划分 是有 限元 分析 的关键 性工 作之 一 ，它 直接影 响 问题 的规模 及求 解精度 。 格 划 分包括 两 项重 要 的工作 ，即 ：单元形状 选择 和 单元 大 小的控制 。
拟。 根据 构件 的 面积及 惯性 矩对 其等 效 ， 条等 效 为圆管 结构 ， 齿 桩腿 利 用 软件 的 自定义 功能进 行模 拟 。
板梁 复 合弯 曲时 ，考 虑板 、梁 和轴 不重 合 导致 的偏心 问题 ；建立模 型 时 ，根据 平 台结构 的真 实尺 寸 ，分 别赋 予梁 单 元相应 的偏 心值 ， 从而使 得 计算模 型 和真 实结构 相吻 合 。 １ ． 界 条件 ４边 平 台着 底状 态时 ，桩腿 底 部边 界条 件 的考虑 参照 《 上移 动平 台入 级与 建造 规 范 》的相关 规 定， 海 取 海底 泥面 以下 三 米处铰 支 。本 平 台桩腿 和 主 体的连 接是通 过 齿轮齿 条 啮合 系统 实现 的 ，ｌ 者之 问通 ＿ 二 过 齿轮 齿 条来传 递 竖 向力 ，在上 、下 导 向环 处耦 合水平 位移 ，在锁 紧 区耦 合水 平和 垂直 位移 （ 见图 ７ 、
第6章 导管架式平台强度分析
制造工艺：采用先进的焊接工艺，确保导管架的焊接质量；采用机械加工 方法，确保导管架的精度和尺寸要求
防腐处理：对导管架进行表面处理，如喷砂、喷锌等，以提高其耐腐蚀性 能
质量检验：对导管架进行严格的质量检验，确保其符合相关标准和规范要 求
导管架制造 工艺优化： 采用先进的 制造工艺和 技术，提高 导管架的制 造质量和效 率
导管架安装 和维护方案： 制定合理的 安装和维护 方案，确保 导管架的安 全和稳定运 行
导管架的加固措施与改进建议
增加支撑结构：通过增加支撑结构，提高导管架的刚度和稳定性。
加强连接部位：对连接部位进行加强，提高其承载能力和抗疲劳性 能。 优化材料选择：选择高强度、轻质、耐腐蚀的材料，提高导管架的强 度和寿命。
安装后的检查与验收标准
检查导管架式平台的结构完整性 确认所有连接件牢固可靠 检查平台上的设备、设施是否完好 对导管架式平台进行负载测试，确保其承载能力符合设计要求
导管架式平台的维护与保养建议
定期检查与维护计划制定
定期检查内容： 检查导管架式平 台的结构、设备、 管道等是否完好 无损，确保安全 运行
施工现场布置：合理规划施工现场，设置安全警示标志和安全设施，确保 施工现场的安全和整洁。
施工前检查：对导管架式平台的结构、材料和设备进行全面检查，确保其 符合设计要求和相关标准，及时发现并处理潜在的问题。
安装过程中的安全措施与质量控制
严格遵守安全操作规程，确保施工人员安全 对导管架式平台进行全面检查，确保符合设计要求 安装过程中，应采取相应的防护措施，防止意外发生 加强质量监管，确保安装质量符合标准要求
导管架式平台 常见故障：结 构变形、设备 损坏、电气故
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目录
1 概述 (03)
2 分析方法 (03)
3 分析载荷 (05)
4 分析工况 (03)
5 许用应力 (03)
6 基本数据 (04)
7 分析模型 (04)
8 分析结果 (05)
9 结论 (05)
附录A：原始数据 (06)
附录B：分析模型 (07)
附录C：应力云图 (10)
1概述
本《平台结构强度分析》报告书是对XXX油船加装检疫模块平台的平台结构强度进行分析。
2分析方法
平台结构强度分析的方法是有限单元方法（FEM），应用的分析程序是ANSYS。
3分析载荷
平台结构强度分析中的计算载荷包括：
（1）结构自重载荷（程序自动计算）；
（2）设备工作载荷（21.3t）；
（3）油箱工作载荷（36.2t）；
（4）船舶运动的惯性载荷
横向惯性载荷：4.07m/s2
纵向惯性载荷：0.85m/s2
垂向惯性载荷：（9.8+0.96）m/s2
(5) 风载：100年一遇的16.9m/s并且从船的横向吹来
4分析工况
平台结构强度分析的分析工况为：
（5）设备工作工况（包括结构自重载荷、油箱工作载荷、设备工作载荷、船舶运动的惯性载荷、风载）；
5许用应力
平台结构材料特性为：
密度= 7850kg/m3
弹性模量= 2.11×1011Pa
泊松比= 0.3
屈服极限（平台/支架/附连船体结构）= 235MPa
许用相当应力（平台/支架/附连船体结构）= 164.5MPa
支架和附连船体结构材料特性为：
密度= 7850kg/m3
弹性模量= 2.11×1011Pa
泊松比= 0.3
屈服极限（平台/支架/附连船体结构）= 315MPa
许用相当应力（平台/支架/附连船体结构）= 220.5MPa
6基本数据
用于建立平台及附连船体结构分析模型的数据由大连XXX公司提供，包括：（1）GENERAL ARRANGEMENT (PF101.10)
（2）CONSTRUCTION PROFILE & DECK PLANS (SB003.10)
（3）QUARANTINE TANK & TOPPING PLANT ARR. (BS15-501-001)
（4）PLATFORM CONSTRUCTION (BS15-501-002)
船舶的主要尺度如下：
总长243.275 m 垂线间长233.000 m 型宽41.800 m
型深20.000 m
设计吃水12.200 m
结构吃水13.700 m
7分析模型
平台结构的分析模型包括平台结构及附连船体结构中的甲板结构（FR58至FR67），参见附录B。
采用壳单元（SHELL63）模拟平台和附连船体结构的所有构件构的横梁和纵骨等结构。
壳单元（SHELL63）具有拉压、扭转和弯曲能力，单元具有6个自由度，分别是沿x、y、z方向的线位移和绕x、y、z轴的转角。
模型采用直角坐标系统，其中：
X轴纵向，指向艏为正。
Y轴横向，指向左舷为正。
Z轴垂向，向上为正。
模型中平台结构的所有厚度取设计图纸中的标注尺寸。
平台支柱采用体单元划分；
甲板及甲板下型材的有限单元网格尺度为0.2m
其它结构的有限单元网格尺度为0.06m。
8分析结果
根据上述分析模型和分析工况，完成平台结构强度分析，其结果汇总于表8-1中，相应的应力和变形云图参见附录C。
表8-1 分析结果汇总表
9结论
分析结果表明：
（1）平台及附连船体结构的应力略大于强度要求；
（2）平台及附连船体结构的整体应力较小，但局部区域的应力集中较大；
（3）平台及附连船体结构的最大等效应力为243MP，最大等效位移为33.61mm；
图A-1 原始数据
图A-2 原始数据
图B-1 分析模型图
图B-2 分析模型图
附录C：应力云图
图C-1 应力云图（Sx，工况1）
图C-2 应力云图（Sy，工况1）
图C-3 应力云图（Sz，工况1）
图C-4 应力云图（Seqv，工况1）
图C-5 等效位移云图（Usum，工况1）
附录D：模态分析
图D-1 一阶模态
图D-2 二阶模态
图D-3 三阶模态。