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半潛式平臺(tái)具有造價(jià)高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、承受多種載荷作用等特點(diǎn)，從設(shè)計(jì)角度應(yīng)做到經(jīng)濟(jì)性與可靠性最大限度地統(tǒng)一。由于設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)較少，要達(dá)到這些要求，必須采用快速穩(wěn)定的方法對(duì)初期設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行快速、穩(wěn)定的評(píng)估，以期獲得最優(yōu)的結(jié)構(gòu)形式。本研究依據(jù)公司在建的半潛式平臺(tái)項(xiàng)目采用SACS軟件進(jìn)行有限元分析。被模擬的半潛式平臺(tái)的主尺度為：縱向長(zhǎng)度為123.75m，橫向?qū)挾葹?1m，型深為39m，工作吃水為20m，在浮體之間沒有橫向撐桿。SACS軟件是美國(guó)EDI公司開發(fā)的有限元軟件，是當(dāng)今海事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析中應(yīng)用最廣泛的一種CAE軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含多個(gè)互相兼容的分析程序，適用于各類海事結(jié)構(gòu)分析。
根據(jù)半潛式海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用空間剛架結(jié)構(gòu)建立整體模型。下船體采用單一梁結(jié)構(gòu)模擬浮筒和立柱，上船體采用梁系剛架結(jié)構(gòu)模擬甲板模塊，體現(xiàn)了浮體、立柱和甲板模塊的主要結(jié)構(gòu)，以及連接處的剛性過(guò)渡，如圖所示�；谥鹘Y(jié)構(gòu)圖紙，根據(jù)浮體和立柱結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以單一梁表示，并以其幾何中心軸位置作為3D梁系模型中相應(yīng)結(jié)構(gòu)的建模位置，結(jié)構(gòu)的剖面屬性根據(jù)結(jié)構(gòu)剖面的變化而作調(diào)整，甲板模塊則根據(jù)縱橫艙壁的分布，在SACS中建立幾何模型框架體系，并計(jì)算甲板梁所代表的實(shí)際結(jié)構(gòu)的剖面屬性，連接處主要采用剛度較大的梁系來(lái)模擬力系的傳遞，體現(xiàn)結(jié)構(gòu)整體剛度，如圖所示。三維鋼架梁的質(zhì)量，主要包括結(jié)構(gòu)質(zhì)量和壓載質(zhì)量，而結(jié)構(gòu)質(zhì)量又包含大型設(shè)備質(zhì)量和均布結(jié)構(gòu)質(zhì)量。以體現(xiàn)重量重心的附加質(zhì)量的方式來(lái)模擬，如圖所示。
載荷分為靜水力載荷和水動(dòng)力載荷，包括結(jié)構(gòu)的自重、浮力、慣性力和波浪力等。邊界條件是采用限制剛體位移的方式，施加在模型立柱的濕表面位置。空間剛架模型是用SACS軟件進(jìn)行計(jì)算的，板梁組合模型用ABAQUS軟件計(jì)算。兩種計(jì)算結(jié)果的對(duì)比列于表。對(duì)比的剖面載荷為水動(dòng)力載荷下的最大水平分離力和最大水平分離彎矩，其中對(duì)比采用的位移為最大分離力下的下浮體上y方向位移，且板梁模型的位移己做均值處理。計(jì)算結(jié)果顯示：在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)階段，采用空間剛架模型進(jìn)行整體強(qiáng)度分析，可以對(duì)整體結(jié)構(gòu)力系分布進(jìn)行快速評(píng)估，其計(jì)算結(jié)果與整體板梁組合模型的分析結(jié)果較為接近。因此，它可以為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)初期階段的結(jié)構(gòu)提供快速評(píng)估和優(yōu)化的依據(jù)。
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