新型自升式平台的强度校核
我国设计建造自升式海洋平台已有有一段历史了，对该类平台的强度校核是将平台分为主船体、桩腿等结构进行单独的计算。但由于其所处的海洋环境相当的复杂，环境载荷尤其是风、浪、流的耦合作用对平台的影响较大，平台整体的受力情况难以准确反映。本文简述了自升式风电安装船的强度校核分析方法及研究现状，提出了平台强度校核的简单方法。现有的计算中大部分是基于线性波浪理论计算的，本课题选取了和实际波面较为接近的斯托克斯波浪理论进行计算，研究了该船的结构特性以及受力特点。本文以一种风电安装平台作为研究对象，通过使用有限元的一种分析软件Patran，建立平台整体的有限元模型：主船体、桩腿等模型，通过静力分析计算获得船体的应力分布，并按照BV的规范对计算结果进行校核。根据校核的结果给有关方面提供参考意见。关键词：自升式平台；风电安装平台，波浪理论；有限元；强度校核；PATRAN软件目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景和意义 1
1.2 自升式平台以及风电安装平台的简介和发展现状 2
1.3 国内外静力分析的研究动态 7
1.4本文工作简介 7
第二章 自升式平台环境载荷分析 8
2.1 风载荷 8
2.1.1 设计风速的确定 8
2.1.2 风载荷的计算 9
2.2 波浪载荷 11
2.2.1 波浪理论 11
2..2.2 波浪载荷计算 15
2.3海流载荷 15
2.3.1海流速度 16
2.3.2海流载荷计算 16
第三章 自升式海洋平台结构有限元静力分析 18
3.1有限元的分析介绍: 18
3.2有限元分析的基本特点： 18
3.3 Patran有限元软件 19
3.3.1 Patran的组成及主要功能 19
3.3.2 Patran分析过程 19
3.4 自升式风电安装平台的有限元模型 20
3.4.1 船体说明 20
3.4.2 自升式风电安装平台的有限元模型的建立 20
3.5边界条件 22
3.5.1 桩腿约束
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3.3 Patran有限元软件 19
3.3.1 Patran的组成及主要功能 19
3.3.2 Patran分析过程 19
3.4 自升式风电安装平台的有限元模型 20
3.4.1 船体说明 20
3.4.2 自升式风电安装平台的有限元模型的建立 20
3.5边界条件 22
3.5.1 桩腿约束 22
3.6材料特性 23
3.7 载荷描述 23
3.7.1 固定载荷 23
3.7.2 操作载荷 23
3.8 设计工况 23
3.8.1 海上正常作业海况 23
3.8.2 风暴自存海况 24
第四章 平台的有限元计算 25
4.1 环境载荷与x轴夹角为0度作业工况 25
4.2 环境载荷与x轴夹角为0度自存工况 28
4.3 结论与分析 30
4.4 本章小结 31
致 谢 32
参考文献 33
绪论
研究背景和意义
目前因为由于在海洋中存在着石油天然气等丰富的资源，世界各国目前都在加快对海洋平台的研究为的是寻找新的资源。因此，对新型海洋平台的研究已经刻不容缓了。
自升式平台占海上移动平台数量的绝大多数，极限状态下进行的强度分析是平台设计阶段很重要的一部分，风暴的自存工况是自升式平台作业的几种危险工况之一，是在平台的设计强度控制状态范围之类。综上所述，平台的主船体和桩腿的强度在风暴状态下的分析受到了社会各界的关注。
据资料显示，海洋中蕴藏的石油天然气等矿产资源占全球油气总储量的60%以上。随着陆上油气资源的逐渐消耗殆尽，人们纷纷把目光转向深海，目前全球各地已经有超过五十个国家在进行深海资源的研究与勘探。海洋平台为海洋油气资源的开发和利用提供了海上作业与生活的场所。
在这么多年的发展过程中，相关人士把海洋工程结构物的运动受理问题当做是最基本的复杂问题。因为作业水深的不断增加，各种海损、海难事故也经常发生。因此，人们对海洋平台的设计和建造也提出了更高、更为苛刻的要求。
海洋平台因为其工作的需要，肯定会受到各种海洋环境载荷因素的影响作用。因此，对平台进行静力分析和结构强度的校核是非常有十分需要的。通常在设计平台和校核平台强度时，我们要考虑到各种外载荷的作用才能尽可能的保证平台在海上作业时的安全性。通常作用在平台上的载荷主要为风、浪、流，在高纬度地区作业的，比如渤海海域、北极地区等，还要考虑冰载荷。海洋平台种类较多，但无论是固定式平台还是移动式平台，其沉垫和立柱一般都会浸入海水之中，承受相当大的波浪力。因此，波浪力是海洋环境载荷中最主要的力。
目前自升式平台的生产以及作业技术在国内较为成熟，其在作业时主要依靠桩腿固定在海底，平台的主体通过桩腿支撑在海面之上，因此，本课题也将对桩部的结构受力和强度进行重点分析。
1.2 自升式平台以及风电安装船的简介和发展现状
1.2.1 自升式平台的介绍以及发展现状
自升式平台有多种分类的类型。自升式平台由平台的主体和桩腿两个部分组成。自升式平台由平台的主体和桩腿两个部分组成,升降装置完成平台主体在桩腿上的升降。将平台拖运到目标位置后，首先，下放桩腿至海底，以此顶升平台主体，当平台主体沿桩腿上升到一定高度后，波浪会减小对平台主体的应力影响。在钻井平台与海底井位分离时，要将平台主体下降至水平面，利用海水对平台主体的浮力将桩腿从海底拔出一定高度，拖航至另一地点。在小型自升式平台也会采用链条式和气动式升降装置。
同时另外一方面因为其悬臂可以延伸至小型导管架式生产平台的上方进行修井作业。相互对比之后可以发现，井口槽式平台进行钻生产井工作非常困难，而且修井等作业位于导管架式生产平台的上面。同时，悬臂梁的载荷也会因为强度的限制受到影响。因此不仅可以钻生产井，同时因为其悬臂可以延伸至小型导管架式生产平台的上方进行修井作业。相互对比之后可以发现，井口槽式平台进行钻生产井工作非常困难，而且修井等作业位于导管架式生产平台的上面。同时，悬臂梁的载荷也会因为强度的限制受到影响。
自升式平台的主体通常有单层和双层底梁中甲板箱形结构。甲板下存在有发电机舱、泥浆泵舱等钻井舱室，以及淡水舱、燃油舱等液舱。甲板平台上设有钻台、起重机、钻井、生活舱室、健身房、直升机平台等。主体形状多种多样，一般都是根据桩腿个数划分，分为三角形、四边形及五角形。自升式平台的主体需要依赖桩腿才可以升离水面，桩腿的作用包括了支撑平台的重量外，同时还有起到承受多种环境载荷的用途。桩腿可以划分为壳体式以及桁架式两种型式。壳体式是钢制的全封闭结构型式，其表面形状有圆形、正方形等。桁架式的截面一般为三角形和四边形。总体而言，制造壳体式桩腿相对与桁架式桩腿是轻松简易的，而且结构也是也比较坚硬的。桁架式桩腿的各个杆件的结合处的节点焊接复杂而且数量繁多，对于制造来说十分复杂繁琐，但由于使用更多的节点可以减小来自海水的波浪力。从而让升降机构能够完成平台主体上下的相对运动的功能，或把平台主体固定在桩腿部位的某一
第一章 绪论 1
1.1 研究背景和意义 1
1.2 自升式平台以及风电安装平台的简介和发展现状 2
1.3 国内外静力分析的研究动态 7
1.4本文工作简介 7
第二章 自升式平台环境载荷分析 8
2.1 风载荷 8
2.1.1 设计风速的确定 8
2.1.2 风载荷的计算 9
2.2 波浪载荷 11
2.2.1 波浪理论 11
2..2.2 波浪载荷计算 15
2.3海流载荷 15
2.3.1海流速度 16
2.3.2海流载荷计算 16
第三章 自升式海洋平台结构有限元静力分析 18
3.1有限元的分析介绍: 18
3.2有限元分析的基本特点： 18
3.3 Patran有限元软件 19
3.3.1 Patran的组成及主要功能 19
3.3.2 Patran分析过程 19
3.4 自升式风电安装平台的有限元模型 20
3.4.1 船体说明 20
3.4.2 自升式风电安装平台的有限元模型的建立 20
3.5边界条件 22
3.5.1 桩腿约束
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
3.3 Patran有限元软件 19
3.3.1 Patran的组成及主要功能 19
3.3.2 Patran分析过程 19
3.4 自升式风电安装平台的有限元模型 20
3.4.1 船体说明 20
3.4.2 自升式风电安装平台的有限元模型的建立 20
3.5边界条件 22
3.5.1 桩腿约束 22
3.6材料特性 23
3.7 载荷描述 23
3.7.1 固定载荷 23
3.7.2 操作载荷 23
3.8 设计工况 23
3.8.1 海上正常作业海况 23
3.8.2 风暴自存海况 24
第四章 平台的有限元计算 25
4.1 环境载荷与x轴夹角为0度作业工况 25
4.2 环境载荷与x轴夹角为0度自存工况 28
4.3 结论与分析 30
4.4 本章小结 31
致 谢 32
参考文献 33
绪论
研究背景和意义
目前因为由于在海洋中存在着石油天然气等丰富的资源，世界各国目前都在加快对海洋平台的研究为的是寻找新的资源。因此，对新型海洋平台的研究已经刻不容缓了。
自升式平台占海上移动平台数量的绝大多数，极限状态下进行的强度分析是平台设计阶段很重要的一部分，风暴的自存工况是自升式平台作业的几种危险工况之一，是在平台的设计强度控制状态范围之类。综上所述，平台的主船体和桩腿的强度在风暴状态下的分析受到了社会各界的关注。
据资料显示，海洋中蕴藏的石油天然气等矿产资源占全球油气总储量的60%以上。随着陆上油气资源的逐渐消耗殆尽，人们纷纷把目光转向深海，目前全球各地已经有超过五十个国家在进行深海资源的研究与勘探。海洋平台为海洋油气资源的开发和利用提供了海上作业与生活的场所。
在这么多年的发展过程中，相关人士把海洋工程结构物的运动受理问题当做是最基本的复杂问题。因为作业水深的不断增加，各种海损、海难事故也经常发生。因此，人们对海洋平台的设计和建造也提出了更高、更为苛刻的要求。
海洋平台因为其工作的需要，肯定会受到各种海洋环境载荷因素的影响作用。因此，对平台进行静力分析和结构强度的校核是非常有十分需要的。通常在设计平台和校核平台强度时，我们要考虑到各种外载荷的作用才能尽可能的保证平台在海上作业时的安全性。通常作用在平台上的载荷主要为风、浪、流，在高纬度地区作业的，比如渤海海域、北极地区等，还要考虑冰载荷。海洋平台种类较多，但无论是固定式平台还是移动式平台，其沉垫和立柱一般都会浸入海水之中，承受相当大的波浪力。因此，波浪力是海洋环境载荷中最主要的力。
目前自升式平台的生产以及作业技术在国内较为成熟，其在作业时主要依靠桩腿固定在海底，平台的主体通过桩腿支撑在海面之上，因此，本课题也将对桩部的结构受力和强度进行重点分析。
1.2 自升式平台以及风电安装船的简介和发展现状
1.2.1 自升式平台的介绍以及发展现状
自升式平台有多种分类的类型。自升式平台由平台的主体和桩腿两个部分组成。自升式平台由平台的主体和桩腿两个部分组成,升降装置完成平台主体在桩腿上的升降。将平台拖运到目标位置后，首先，下放桩腿至海底，以此顶升平台主体，当平台主体沿桩腿上升到一定高度后，波浪会减小对平台主体的应力影响。在钻井平台与海底井位分离时，要将平台主体下降至水平面，利用海水对平台主体的浮力将桩腿从海底拔出一定高度，拖航至另一地点。在小型自升式平台也会采用链条式和气动式升降装置。
同时另外一方面因为其悬臂可以延伸至小型导管架式生产平台的上方进行修井作业。相互对比之后可以发现，井口槽式平台进行钻生产井工作非常困难，而且修井等作业位于导管架式生产平台的上面。同时，悬臂梁的载荷也会因为强度的限制受到影响。因此不仅可以钻生产井，同时因为其悬臂可以延伸至小型导管架式生产平台的上方进行修井作业。相互对比之后可以发现，井口槽式平台进行钻生产井工作非常困难，而且修井等作业位于导管架式生产平台的上面。同时，悬臂梁的载荷也会因为强度的限制受到影响。
自升式平台的主体通常有单层和双层底梁中甲板箱形结构。甲板下存在有发电机舱、泥浆泵舱等钻井舱室，以及淡水舱、燃油舱等液舱。甲板平台上设有钻台、起重机、钻井、生活舱室、健身房、直升机平台等。主体形状多种多样，一般都是根据桩腿个数划分，分为三角形、四边形及五角形。自升式平台的主体需要依赖桩腿才可以升离水面，桩腿的作用包括了支撑平台的重量外，同时还有起到承受多种环境载荷的用途。桩腿可以划分为壳体式以及桁架式两种型式。壳体式是钢制的全封闭结构型式，其表面形状有圆形、正方形等。桁架式的截面一般为三角形和四边形。总体而言，制造壳体式桩腿相对与桁架式桩腿是轻松简易的，而且结构也是也比较坚硬的。桁架式桩腿的各个杆件的结合处的节点焊接复杂而且数量繁多，对于制造来说十分复杂繁琐，但由于使用更多的节点可以减小来自海水的波浪力。从而让升降机构能够完成平台主体上下的相对运动的功能，或把平台主体固定在桩腿部位的某一
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