海上超大型浮式結(jié)構(gòu)物總體及局部強(qiáng)度直接計(jì)算方法研究.pdf

1、海上超大型浮式結(jié)構(gòu)物（Very Large Floating Structure，VLFS）是由若干個(gè)與半潛平臺(tái)相似的浮體通過(guò)連接器相連而成的一種新型海上結(jié)構(gòu)物。海上超大型浮式結(jié)構(gòu)物可以用作海上飛機(jī)場(chǎng)、浮動(dòng)基地和海上港口等，是目前海洋工程界的熱點(diǎn)之一。國(guó)內(nèi)對(duì)于此結(jié)構(gòu)的研究尚處于解決基礎(chǔ)性關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題的階段，因此急需要一套針對(duì)超大浮體強(qiáng)度的直接計(jì)算方法。
　　本文以某超大浮體概念設(shè)計(jì)的單模塊為研究對(duì)象。首先采用大型通用有限元軟件AN

2、SYS/ASAS-AQWA進(jìn)行波浪載荷的預(yù)報(bào)和總體強(qiáng)度評(píng)估，確定其結(jié)構(gòu)響應(yīng)熱點(diǎn)區(qū)域，并對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)熱點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)和加強(qiáng)；然后分別采用ANSYS/ASAS-AQWA和挪威船級(jí)社軟件 SESAM對(duì)結(jié)構(gòu)改進(jìn)后的超大浮體進(jìn)行總體強(qiáng)度評(píng)估，并比較兩種軟件得到的強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果；最后基于A(yíng)NSYS對(duì)結(jié)構(gòu)改進(jìn)后的超大浮體響應(yīng)熱點(diǎn)區(qū)域的局部強(qiáng)度進(jìn)行分析；最終形成一套適用于超大浮體強(qiáng)度分析的直接計(jì)算方法。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下：
　?。?）基于A(yíng)N

3、SYS/AQWA的超大浮體直接計(jì)算方法。首先采用設(shè)計(jì)波方法，結(jié)合有限元分析軟件ANSYS/AQWA和ABS規(guī)范計(jì)算了超大浮體水動(dòng)力響應(yīng)和波浪載荷。然后調(diào)用ASAS模塊采用直接計(jì)算方法進(jìn)行典型危險(xiǎn)波浪載荷條件下的超大浮體總體強(qiáng)度有限元分析。分析結(jié)果表明超大浮體的三處連接部位（橫撐與下浮體連接處，立柱與上箱體連接處，立柱與下浮體連接處）出現(xiàn)了較大的應(yīng)力集中，其中橫撐與下浮體連接處總體強(qiáng)度應(yīng)力最大，立柱與上箱體連接處次之。
　　（2）基

4、于A(yíng)NSYS/AQWA的超大浮體結(jié)構(gòu)改進(jìn)后的總體強(qiáng)度評(píng)估。根據(jù)超大浮體總體強(qiáng)度分析結(jié)果，對(duì)應(yīng)力較大部位的橫撐與下浮體連接處進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，在橫撐端部采用喇叭口逐漸過(guò)渡的形式與下浮體外表面連接。然后基于A(yíng)NSYS/AQWA對(duì)結(jié)構(gòu)改進(jìn)后的超大浮體進(jìn)行總體強(qiáng)度分析。由結(jié)構(gòu)改進(jìn)后的總體強(qiáng)度分析結(jié)果可知，通過(guò)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，橫撐與下浮體連接處的Von Mises應(yīng)力普遍下降，最大應(yīng)力值下降了31％。結(jié)果說(shuō)明橫撐結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和加強(qiáng)對(duì)降低應(yīng)力來(lái)說(shuō)是非常有效的

5、。
　?。?）基于SESAM的超大浮體直接計(jì)算方法。采用SESAM軟件預(yù)報(bào)超大浮體在自存工況下的波浪載荷，采用直接計(jì)算方法進(jìn)行超大浮體結(jié)構(gòu)改進(jìn)后的總體強(qiáng)度分析。結(jié)果表明：在超大浮體的三處連接部位（橫撐與下浮體連接處，立柱與上箱體連接處，立柱與下浮體連接處）依然出現(xiàn)了較大的應(yīng)力集中，最大應(yīng)力依舊出現(xiàn)在橫撐與下浮體的連接部位。
　?。?）基于A(yíng)NSYS/AQWA和SESAM的超大浮體結(jié)構(gòu)改進(jìn)后總體強(qiáng)度分析結(jié)果比較。研究表明：在相

6、同設(shè)計(jì)海況下，ANSYS/AQWA和SESAM分析得到的結(jié)構(gòu)響應(yīng)熱點(diǎn)區(qū)域相一致，熱點(diǎn)區(qū)域同樣都為超大浮體的三處連接部位，即橫撐與下浮體連接處，立柱與上箱體連接處，立柱與下浮體連接處。最大應(yīng)力都出現(xiàn)在橫撐與下浮體的連接部位。并且采用SESAM分析所得結(jié)果較采用ANSYS/AQWA的結(jié)果在數(shù)值上有所下降。
　?。?）基于A(yíng)NSYS的超大浮體關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)局部強(qiáng)度分析。建立關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)局部有限元模型，將總體強(qiáng)度的位移作為邊界條件加載到子模型上，從