fpso上层建筑分段整体吊装强度有限元分析
各行各业都存在吊装工作，船舶工业更是明显。在整个船舶的建造过程中，吊装工作贯穿始终。上层建筑在船舶结构中相对独立，并且随着船体结构的强化、预舾装率的提高以及船厂起重能力的增加，上层建筑的整体吊装成为未来的发展趋势。但是随着分段重量的增加，吊装的风险也随之增加，因此有必要对上层建筑吊装过程中的结构响应进行提前预报，以指导生产实践，降低实际吊装过程中的风险。本文使用Patran及Nastran有限元软件，对300,000DWT FPSO上层建筑吊装过程进行数值模拟。从安全因素出发，对上层建筑在吊装过程中的应力与变形进行校核。并根据吊装时的结构响应确定结构加强方案。同时为了尽可能模拟上层建筑吊装时的真实状况，本文采用新方法对吊孔处的约束反力进行平衡，最终的到以下结果：吊装时，结构的高应力区一般出现在纵横强构件的间断处、开口角隅、悬臂结构的根部。吊装时，结构的高变形区域一般出现在悬臂结构的端部。对吊孔进行约束反力平衡之后，吊排的应力与变形分布更加均匀，结构的应力分布也更加接近真实情况。关键词：有限元分析；整体吊装；强度校核；结构加强目录
第一章 绪论 1
1.1研究背景及意义 1
1.2国内外研究现状及方法 1
1.2.1研究现状 1
1.2.2研究方法 3
1.3本文研究内容 4
第二章 上层建筑基本资料及吊装方案设计 5
2.1上层建筑基本资料及吊装方案 5
2.1.1上层建筑基本资料 5
2.1.2分段吊装方案 6
2.1.3分段吊装吊环/吊马结构图 9
2.1.4上层建筑整体吊装方案 10
2.2 本章小结 12
第三章 上层建筑吊装强度有限元计算 13
3.1上层建筑有限元模型 13
3.1.1上层建筑有限元模型 13
3.1.2吊马/吊排有限元模型 15
3.2上层建筑吊装有限元分析 17
3.2.1工况一：分析上层建筑结构应力与变形 17
3.2.1.1上层建筑分段吊装的结构应力与变形 17
3.2.1.2上层建筑整体吊装的结构应力与变形 25
3.2.
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
层建筑有限元模型 13
3.1.1上层建筑有限元模型 13
3.1.2吊马/吊排有限元模型 15
3.2上层建筑吊装有限元分析 17
3.2.1工况一：分析上层建筑结构应力与变形 17
3.2.1.1上层建筑分段吊装的结构应力与变形 17
3.2.1.2上层建筑整体吊装的结构应力与变形 25
3.2.2工况二：分析吊马/吊排结构应力与变形 33
3.2.2.1上层建筑分段吊装时吊马/吊排的结构应力与变形 33
3.2.2.2上层建筑整体吊装时吊排的结构应力与变形 39
3.3吊装时结构的局部加强 41
3.4 本章小结 48
第四章 上层建筑整体吊装强度分析新方法 50
4.1传统方法的弊端 50
4.2新方法的原理 50
4.3新方法下上层建筑整体吊装的结构响应 51
4.3.1新方法上层建筑的载荷及边界条件 51
4.3.2约束反力计算结果 53
4.3.3新方法下上层建筑整体吊装的结构响应 54
4.4 本章小结 57
结论 58
1 本文主要研究工作 58
2 主要结论 58
3 未来研究工作及展望 59
致谢 61
参考文献 62
第一章 绪论
1.1研究背景及意义
船舶上层建筑是船员的生活居住区域，是船舶甲板以上凸出的最大结构部分，也是船舶舾装工作量最大的一个模块。它的建造涉及船体制造、管系安装、电气安装、木舾装、铁舾装、空调、冷藏等作业，工种多达30 多个。提高上层建筑整体吊装前的预舾装率，对提高生产效率、缩短建造周期、降低建造成本具有重要意义。一般同过上层建筑整体吊装工作，船舶建造周期平均可缩短1-1.5个月，成本平均降低约23.6-27万元。同时上层建筑的整体吊装对改善劳动条件、完善生产秩序、保障安全生产、提高预舾装率等也有较大的促进作用。目前，国内大型船厂普遍采用上层建筑整体吊装，内河中小型船厂的上层建筑大多仍采用分段吊装的方式。上层建筑吊装的完整性成了衡量船厂建造水平的标准之一。并且随着船舶大型化以及船厂起重能力的提升，上层建筑整体分段的尺寸、重量越来越大。但是由于船舶实际使用过程中，绝大多数上层建筑并不参与总纵强度，因此上层建筑强度并不高，钢板普遍较薄，日本的有些船厂上层建筑围壁的厚度仅有4.5mm。由于上层建筑吊装时刚性小，易变形，因此其整体吊装变得更加困难。
吊装前，如果不对上层建筑的结构响应进行预报，很容易发生生产事故，轻则引起上层建筑结构的变形严重，导致已完成的预舾装件受损，拖延码头周期；重则导致重大吊装事故，造成人身财产损失。因此，在提高预舾装程度的同时，必须对上层建筑的结构进行强度分析，这对上建的安全吊装具有重大意义。
上层建筑吊装过程中的结构强度分析只要分两大块，一是上层建筑结构的强度与变形校核，二是吊耳强度和变形的校核。这两项直接关系着上建吊装的安全性，也是吊装方案中的关键影响因素。
1.2国内外研究现状及方法
1.2.1研究现状
上层建筑结构的强度以及吊耳应力和变形是研究上层建筑吊装时主要关心的两大内容。由于上层建筑吊装是现代船舶建造过程中必须经过的一个环节，因此其重要性不言而喻，这一块的强度分析已经有了相应的吧规范，很多学者也已经在这一领域有了较为成熟的研究。
上层建筑一般不参与承受主船体的载荷，设计时期结构的强度及刚度相对较弱，而整体吊装时又存在瞬间的冲击载荷，因此结构容易变形，而吊放到船体后校正又非常困难，另外受限于船厂吊装能力，上层建筑吊装技术的发展主要经历了三个阶段：逐层吊装、多层吊装和整体吊装。
逐层吊装是在主船体合拢、主机吊装结束后，按从下至上的次序对上层建筑各层结构依次进行吊装。由于铁舾、管路、电缆等涉及一些相互衔接的工序，大量舱室内舾装工程只能放在衔接完成后再进行。这样做大量占用了船台周期和码头周期，此外由于预舾装率低，该种作业方式还存在着材料运送和高空作业不便等问题，施工效率低下[1]。
随着吊装能力的增加和船舶建造精度管理的提高，上层建筑逐步转变为多层吊装阶段。一般以2-4层上建甲板分段作为一个总段，将整个上建分2-3个部分进行多层吊装，该工艺有效缩短了船台周期和码头周期，提高了生产效率与船厂的产能[1]。这也是目前许多小型船厂常用的上层建筑吊装方法。
现如今，船厂的起吊能力已经有了很大的提升，精度管理的进一步发展也大大增加了上层建筑的预舾装率，相应的上层建筑整体吊装技术也发展起来。该工艺将上层建筑视为一个整体总段，先将各层甲板在平台上搭载，进而进行分段合拢，形成上层建筑总段，在此同时进行预舾装作业，随后进行水上吊装与主船体合拢，再进行少量的底层装焊，电缆和管子的连接等工作[1]。一般来说，上层建筑整体吊装工艺能够将造船周期缩短1个多月，大大提高生产效率，降低造船成本。因此对上层建筑实施整体吊装水上合拢，对缩短码头周期、提高船台效率以及改善劳动生产条件具有重
第一章 绪论 1
1.1研究背景及意义 1
1.2国内外研究现状及方法 1
1.2.1研究现状 1
1.2.2研究方法 3
1.3本文研究内容 4
第二章 上层建筑基本资料及吊装方案设计 5
2.1上层建筑基本资料及吊装方案 5
2.1.1上层建筑基本资料 5
2.1.2分段吊装方案 6
2.1.3分段吊装吊环/吊马结构图 9
2.1.4上层建筑整体吊装方案 10
2.2 本章小结 12
第三章 上层建筑吊装强度有限元计算 13
3.1上层建筑有限元模型 13
3.1.1上层建筑有限元模型 13
3.1.2吊马/吊排有限元模型 15
3.2上层建筑吊装有限元分析 17
3.2.1工况一：分析上层建筑结构应力与变形 17
3.2.1.1上层建筑分段吊装的结构应力与变形 17
3.2.1.2上层建筑整体吊装的结构应力与变形 25
3.2.
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层建筑有限元模型 13
3.1.1上层建筑有限元模型 13
3.1.2吊马/吊排有限元模型 15
3.2上层建筑吊装有限元分析 17
3.2.1工况一：分析上层建筑结构应力与变形 17
3.2.1.1上层建筑分段吊装的结构应力与变形 17
3.2.1.2上层建筑整体吊装的结构应力与变形 25
3.2.2工况二：分析吊马/吊排结构应力与变形 33
3.2.2.1上层建筑分段吊装时吊马/吊排的结构应力与变形 33
3.2.2.2上层建筑整体吊装时吊排的结构应力与变形 39
3.3吊装时结构的局部加强 41
3.4 本章小结 48
第四章 上层建筑整体吊装强度分析新方法 50
4.1传统方法的弊端 50
4.2新方法的原理 50
4.3新方法下上层建筑整体吊装的结构响应 51
4.3.1新方法上层建筑的载荷及边界条件 51
4.3.2约束反力计算结果 53
4.3.3新方法下上层建筑整体吊装的结构响应 54
4.4 本章小结 57
结论 58
1 本文主要研究工作 58
2 主要结论 58
3 未来研究工作及展望 59
致谢 61
参考文献 62
第一章 绪论
1.1研究背景及意义
船舶上层建筑是船员的生活居住区域，是船舶甲板以上凸出的最大结构部分，也是船舶舾装工作量最大的一个模块。它的建造涉及船体制造、管系安装、电气安装、木舾装、铁舾装、空调、冷藏等作业，工种多达30 多个。提高上层建筑整体吊装前的预舾装率，对提高生产效率、缩短建造周期、降低建造成本具有重要意义。一般同过上层建筑整体吊装工作，船舶建造周期平均可缩短1-1.5个月，成本平均降低约23.6-27万元。同时上层建筑的整体吊装对改善劳动条件、完善生产秩序、保障安全生产、提高预舾装率等也有较大的促进作用。目前，国内大型船厂普遍采用上层建筑整体吊装，内河中小型船厂的上层建筑大多仍采用分段吊装的方式。上层建筑吊装的完整性成了衡量船厂建造水平的标准之一。并且随着船舶大型化以及船厂起重能力的提升，上层建筑整体分段的尺寸、重量越来越大。但是由于船舶实际使用过程中，绝大多数上层建筑并不参与总纵强度，因此上层建筑强度并不高，钢板普遍较薄，日本的有些船厂上层建筑围壁的厚度仅有4.5mm。由于上层建筑吊装时刚性小，易变形，因此其整体吊装变得更加困难。
吊装前，如果不对上层建筑的结构响应进行预报，很容易发生生产事故，轻则引起上层建筑结构的变形严重，导致已完成的预舾装件受损，拖延码头周期；重则导致重大吊装事故，造成人身财产损失。因此，在提高预舾装程度的同时，必须对上层建筑的结构进行强度分析，这对上建的安全吊装具有重大意义。
上层建筑吊装过程中的结构强度分析只要分两大块，一是上层建筑结构的强度与变形校核，二是吊耳强度和变形的校核。这两项直接关系着上建吊装的安全性，也是吊装方案中的关键影响因素。
1.2国内外研究现状及方法
1.2.1研究现状
上层建筑结构的强度以及吊耳应力和变形是研究上层建筑吊装时主要关心的两大内容。由于上层建筑吊装是现代船舶建造过程中必须经过的一个环节，因此其重要性不言而喻，这一块的强度分析已经有了相应的吧规范，很多学者也已经在这一领域有了较为成熟的研究。
上层建筑一般不参与承受主船体的载荷，设计时期结构的强度及刚度相对较弱，而整体吊装时又存在瞬间的冲击载荷，因此结构容易变形，而吊放到船体后校正又非常困难，另外受限于船厂吊装能力，上层建筑吊装技术的发展主要经历了三个阶段：逐层吊装、多层吊装和整体吊装。
逐层吊装是在主船体合拢、主机吊装结束后，按从下至上的次序对上层建筑各层结构依次进行吊装。由于铁舾、管路、电缆等涉及一些相互衔接的工序，大量舱室内舾装工程只能放在衔接完成后再进行。这样做大量占用了船台周期和码头周期，此外由于预舾装率低，该种作业方式还存在着材料运送和高空作业不便等问题，施工效率低下[1]。
随着吊装能力的增加和船舶建造精度管理的提高，上层建筑逐步转变为多层吊装阶段。一般以2-4层上建甲板分段作为一个总段，将整个上建分2-3个部分进行多层吊装，该工艺有效缩短了船台周期和码头周期，提高了生产效率与船厂的产能[1]。这也是目前许多小型船厂常用的上层建筑吊装方法。
现如今，船厂的起吊能力已经有了很大的提升，精度管理的进一步发展也大大增加了上层建筑的预舾装率，相应的上层建筑整体吊装技术也发展起来。该工艺将上层建筑视为一个整体总段，先将各层甲板在平台上搭载，进而进行分段合拢，形成上层建筑总段，在此同时进行预舾装作业，随后进行水上吊装与主船体合拢，再进行少量的底层装焊，电缆和管子的连接等工作[1]。一般来说，上层建筑整体吊装工艺能够将造船周期缩短1个多月，大大提高生产效率，降低造船成本。因此对上层建筑实施整体吊装水上合拢，对缩短码头周期、提高船台效率以及改善劳动生产条件具有重
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