超大型海上浮式结构物连接器基座强度分析
超大型浮式结构物连接器设计
超大型浮式结构物连接器设计田玉芹;刘璐【摘要】针对机械行业的各种连接器特点,在研究MOB连接器的基础上,初步设计一款新型球状连接器,分析连接器的各部分功能,静力强度计算校核表明,该连接器结构满足设计规范,符合使用要求.%Based on the researches of the characteristics of the various machinery connector , especially for the MOB connec-tors, a new type of spherical connector is designed preliminarily .The function of each part of the connector is analyzed and its static strength is checked .It is proved that the designed connector meets the design specifications and the operation require -ments.【期刊名称】《船海工程》【年(卷),期】2016(045)001【总页数】4页(P165-167,173)【关键词】超大型浮式结构物;连接器;概念设计【作者】田玉芹;刘璐【作者单位】青岛黄海学院,山东青岛266427;威海海洋职业学院,山东威海264300【正文语种】中文【中图分类】U674.38;P752超大型海洋浮式结构物由于尺寸巨大，用途各异，从维护和使用角度的出发，其结构必然是模块化的，而模块之间连接的连接器的设计就显得尤为重要。
通过研究分析很多行业的机械连接器，如车钩缓冲装置、轴毂复合连接装置等，并在研究MOB连接器的基础上，从第一代简单铰接式连接器发展到第五代新型柔性连接器[1-2]中得到启发，根据类似型模块的连接器雏形，主要考虑强度，初步设计了适用于半潜式超大型浮式结构物的一款柔性连接器——新型球状连接器。
大型浮式平台结构强度
大型浮式平台结构强度文艳; 张云峰; 崔桂媛; 王超【期刊名称】《《中国海洋平台》》【年(卷),期】2019(034)005【总页数】4页(P37-40)【关键词】浮式平台; 波浪载荷; 结构强度; 结构波【作者】文艳; 张云峰; 崔桂媛; 王超【作者单位】上海外高桥造船有限公司上海200137; 上海外高桥造船海洋工程有限公司上海200137【正文语种】中文【中图分类】F416.220 引言我国海岸线绵长，领海广阔，海洋资源丰富。
大型浮式平台可作为海洋资源开采过程中的中转站，为其提供安全支持。
大型浮式平台需长期在海中作业，其在波浪载荷作用下的结构强度往往是设计者最关心的部分。
大型浮体往往由很多模块通过连接器进行连接，单个模块在尺度上类似于半潜平台或大型集装箱船。
国内外很多学者对类似于大型浮式平台的大型浮体在波浪载荷作用下的结构强度进行了相关研究：杨鹏等[1]研究超大型浮体单模块在危险载荷工况下的结构强度，曹剑锋等[2]使用ANSYS/AQWA对浮体进行水动力响应和结构强度分析，张勇[3]分析浮式结构物在波浪中的随机振动，李良碧等[4]基于直接强度计算方法对浮式结构物单模块强度进行分析。
另外，还有很多学者对大型浮体的水弹性响应问题进行了相关研究，文献[5-7]从理论和计算角度对大型浮体的水弹性响应问题进行分析。
图1 防浪围圈型大型浮式平台本文基于直接强度计算方法，采用法国船级社(BV)开发的Homer软件，对防浪围圈型大型浮式平台单模块进行分析，计算其在典型海况下的结构强度问题。
1 计算模型防浪围圈型大型浮式平台如图1所示，整个平台由6个梯形单模块组成，模块之间使用连接器连接。
平台主尺度如表1所示。
表1 防浪围圈型大型浮式平台主尺度内圈长度/m外圈长度/m型宽/m型深/m175221407使用Homer软件选取整个平台的单模块进行分析，此时需建立水动力模型、湿表面模型和有限元结构模型，3种模型如图2所示。
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。
超大型海洋浮式结构物概念设计的关键技术问题
文章编号:100529865(2001)0120001206超大型海洋浮式结构物概念设计的关键技术问题Ξ王志军,舒 志,李润培,杨建民(上海交通大学船舶与海洋工程学院,上海 200030)摘 要:应用超大型海洋浮式结构物进行海洋空间利用和海洋资源开发,是目前海洋工程界的研究热点。
概念设计是超大型海洋浮式结构物研究的基础。
本文从设计准则、结构型式、建造材料、模块连接器、系泊系统等几个方面对概念设计的关键技术问题作了归纳,对超大型海洋浮式结构物的概念设计有一定的参考价值。
关键词:超大型海洋浮式结构物;概念设计中图分类号:U 66111;U 66114 文献标识码:AT echn ical p rob lem s in the concep tual design of very large floating structu resW AN G Zh i 2jun ,SHU Zh i ,L I R un 2pei ,YAN G J ian 2m in(Schoo l of N aval A rch itecture and O cean Engineering ,Shanghai J iao tong U niversity ,Shanghai 200030,Ch ina )Abstract :T he utilizati on of very large floating structures in the use of ocean space and developm ent of ocean resources isregarded as a focus of attenti on in ocean engineering circles.T he research of very large floating structures is based on the concep tual design .In th is paper ,several key technical p roblem s are summ arized concerning design criteria ,structural shapes ,structural m aterials ,connecto r betw een modules and moo ring system s .T he paper w ill be helpful to the concep tual design ofvery large floating structures.Key words :very large floating structures ;concep tual design应用超大型海洋浮式结构物VL FS (very large floating structu res )进行海洋空间利用和海洋资源开发,已成为海洋工程界的研究热点。
超大型海上浮式基地柔性连接器设计及强度分析
超大型海上浮式基地柔性连接器设计及强度分析朱璇;刘超;祁恩荣;王德禹【摘要】The design of Very Large Floating Base connector is a critical part in VLFB design process. In this paper, VLFB module hydrodynamic model is established by Sesam / GeniE. The maximum load values of VLFB connectors of different stiffness in four different sea conditions were calculated. The appropriate connector stiffness was selected and the loads of the connector in five sea conditions, in different wave di-rection angle were calculated. The specific load in 7 leve l sea condition and in 45°wave angle was chosen as the design load for VLFB connector. A design of flexible connector was presented and a 3D model of the con-nector was created, the model was nonlinearly analyzed by Abaqus finite element method. The result shows that the design meets the design requirements, which provides a reference for VLFB connector design.%超大型海上浮式基地（VLFB）连接器的设计是 VLFB 设计过程中非常关键的环节。
浮式起重机底座加强结构强度评估及优化
浮式起重机底座加强结构强度评估及优化引言浮式起重机是一种用于海上施工、海上装卸货物等工程的重要机械设备。
在海上工程中，浮式起重机底座承受着巨大的重力和动载荷，因此其结构强度的评估和优化尤为重要。
本文将对浮式起重机底座的加强结构强度进行评估，以期为相关工程提供指导和参考。
一、浮式起重机底座结构分析浮式起重机底座结构通常由钢结构构成，主要包括底座柱、底座横梁和连接部件等。
底座柱承受垂直载荷，底座横梁承受横向载荷，连接部件则起连接和固定作用。
在实际工程中，由于海上环境的特殊性，底座结构常常会受到海浪、风力等外界因素的影响，因此其强度和稳定性显得尤为重要。
二、现有问题分析在实际工程中，浮式起重机底座结构往往存在一些问题。
部分底座结构设计不合理，强度不足，容易出现变形、开裂等问题。
一些底座结构使用寿命较短，需要频繁更换和修理，增加了工程维护成本。
一些底座结构在加强强度时，考虑不够全面，往往导致过度加固或强度不足的问题。
三、加强结构强度评估方法针对浮式起重机底座结构强度评估，可以采用有限元分析、计算机模拟、实验测试等方法。
有限元分析能够对底座结构进行详细的力学分析，包括受力状况、应力分布、变形情况等，从而为强度评估提供依据。
计算机模拟则能够模拟底座结构在海上工程中的实际受力情况，对结构强度进行评估和优化。
实验测试则是通过在实际工程中对底座结构进行载荷测试、应力测试等，从而获取真实的结构受力情况，为强度评估提供数据支持。
四、加强结构强度优化方案针对浮式起重机底座结构强度的优化，可以从以下几个方面进行考虑。
优化底座结构材料的选用，选择高强度、耐腐蚀的钢材，以提高底座结构的承载能力和耐久性。
针对底座结构的受力状况，在结构设计上进行优化，加强关键部位的支撑和加固，提高整体结构的稳定性和强度。
还可以通过改进连接部件的设计，提高连接强度，以保证底座结构在海上工程中的长期稳定运行。
六、展望随着海上工程的不断发展，对浮式起重机底座结构强度的要求也将不断提高。
超大型浮式结构的发展及研究综述
超大型浮式结构的发展及研究综述对于海洋工程中，浮式网架结构需要具有强度高、易于工业化生产、耐波性好、造价低等特点。
为满足结构设计与工程实践的需要，应对浮式网架的相关成果进行分析研究，探知各不同参数对结构力学性能的影响，为提高实际结构工程承载能力、保证工程的安全稳定性提出有效的优化途径，向实际工程提供可靠的理论依据。
标签：超大型浮式结构；网架结构；有限元分析0 引言超大型浮式结构作为一种新型海洋结构，具有工期短、工艺化程度高、消波性能好等特点，能有效地缓解陆地空间局限及能源紧张情势。
各学者针对新型海洋结构浮式网架的相关理论研究主要集中在浮式网架结构的选型与整体稳定性分析。
具有超大尺寸的结构在海洋工程环境中面临着极为复杂的受力状况和破坏型式，研究其整体性及稳定性至关重要。
1 国外超大型浮式结构的发展历史及研究现状1957 年美国生产了首个浮式钻井船。
这种平台的稳定性差、耐风浪能力差。
1962 年美国建造了首个半潜式钻井平台，此平台适于深水作业，抗风能力强。
随水深的逐渐加大，又相继出现了独柱式和张力腿式平台[1]。
日本提出了”绿色浮莲”的设想，拟在海面上建造由浮筒与镁合金构成的城市[2]。
日本已成功在阿拉伯建设了一座浮动在海面上的“小城市”。
其主体为钢铁结构，内部的生活娱乐设施齐全，将其支撑柱收起便可以化身成船行驶。
2 国内超大型浮式结构的发展历史及研究现状2002 年，朱克强等人针对海洋浮式结构开展了流固耦合的动力建模数值分析。
针对理性流体，列出了流固耦合结构的运动微分方程，推导了用于模態分析方法的计算公式[3]。
2009 年，桑松对深海中的多体式浮式结构物进行求解，构建了浮态方程，同时给出了求解方法，并经验证输出结果和实际数据较吻合[4]。
2011 年，张法富等人关于波浪力对超大型浮式结构的影响进行分析。
针对新型结构深水环形浮式人工港，考虑 4 种海洋工况，预报了波浪诱导作用下的剖面剪力和弯矩荷载[5]。
浮式起重机底座加强结构强度评估及优化
浮式起重机底座加强结构强度评估及优化
浮式起重机常常用于海上工程中，它可以在海上起吊和运输大型设备和材料。
由于运
作环境的特殊性质，浮式起重机需要满足严格的安全和结构要求。
其中，底座结构是浮式
起重机的支撑基础，其强度和稳定性对于整个起重机的安全运作至关重要。
本文以一种现有的浮式起重机底座结构为研究对象，通过有限元分析的方法对其进行
结构强度评估，并对其进行优化。
首先，选择合适的建模工具，采用Pro/Engineer软件进行三维建模，并通过导入ACIS模型和模态分析，确定模型的固有频率和模态形状。
然后，将模型导入到ANSYS软件中进行有限元分析，计算其受力情况和应力分布。
分析结果表明，该底座结构在顶部连接处和底部连接处受力最大，存在一定的应力集中现象，需要进行加强。
接着，通过对设计参数的调整和加强结构的优化，提出一种强化底座结构的方案。
具
体措施包括增加底座的整体厚度，并在连接处处增加钢板加固，增加底座的自重，提高结
构的稳定性。
采用相同的有限元分析方法对新方案进行评估，结果表明，在不影响整体性
能的情况下，结构的强度和稳定性得到了显著的提高。
最后，本文总结了浮式起重机底座加强结构强度评估及优化的方法和步骤。
通过建立
合适的有限元模型，采用适当的分析方法，对底座结构进行深入评估和优化，实现了底座
结构的强化和整体性能的提高。
这一方法可以为类似工程中的结构优化提供借鉴和指导，
提高工程的设计效率和质量。
超大型浮体目标可靠度及极限强度可靠性研究
超大型浮体目标可靠度及极限强度可靠性研究王西召;顾学康;汤明刚;张现峰【摘要】目标可靠度是超大型浮体结构极限强度可靠性的重要衡量指标,超大型浮体作为一种新颖海洋结构物,其结构可靠性设计衡准未有直接经验可借鉴.本文基于风险分析理论和原则,通过对结构失效概率和失效后果的考量,提出适用于超大型浮体的目标可靠度合理可行区域;应用简化逐步破坏分析方法确定了典型剖面的极限承载能力;基于三维线性势流理论对处于我国南海海洋环境下的浮体垂向极限波浪弯矩进行预报;根据选定的目标可靠度对浮体极限强度可靠性进行校核.研究结果表明,风险分析方法可用于建立合理的目标可靠度范围;超大型浮体总纵强度结构设计存在不足,在工程设计时应予以加强.【期刊名称】《舰船科学技术》【年(卷),期】2018(040)011【总页数】6页(P76-81)【关键词】超大型浮体;目标可靠度;风险分析;极限强度;结构可靠性【作者】王西召;顾学康;汤明刚;张现峰【作者单位】中国船舶科学研究中心,江苏无锡 214000;中国船舶科学研究中心,江苏无锡 214000;中国船舶科学研究中心,江苏无锡 214000;中国船舶科学研究中心,江苏无锡 214000【正文语种】中文【中图分类】U6630 引言超大型浮体（VLFS）尺度巨大，由多个结构形式相同的单一模块构成，单一模块长度可达300～400 m，可作为海洋开发研究基地、海上中转基地以及海上机场等，是我国海洋权益保障的重要依靠。
对超大型浮体研究较早的国家包括日本和美国，日本于20世纪90年代对超大型浮式机场进行了系统性的研究，研究内容包括浮式机场构型、水弹性响应基本特征、结构应力分析、功能性要求、综合安全评估（FSA）以及维护管理等，并于1999年建立了海上浮式机场，进行飞机起降试验后拆除。
美国90年代也开展了移动式离岸基地（MOB）理论和试验研究，并于1991年和1999年在夏威夷召开了超大型浮式结构国际会议[1]。
波浪作用下的超大型浮式结构物整体受力研究
波浪作 用 下 的超 大型 浮式 结构 物 整体 受力研 究
张法 富， 刘建辉 ，钟文军
（ 海洋石 油工程股份有 限公 司设 计公 司浮体设 计部 ，天津 ３０５ ） ０ ４ １
摘
一
要
针 对“ 大型浮式结构 物概念研 究” 出的“ 超 提 深水环形 浮式人工 港” 一新型Ｕ Ｆ ￣结构型式， ￣Ｕ Ｆ 这 ＬＳ 选Ｉ Ｌ Ｓ 组典型剖面，在４ 种不同海况条件 下，利 用ＤＮ Ｖ￣Ｓ Ｓ Ｍ／ Ｅ Ａ ，对波浪诱
大 型浮 式结 构物概 念研 究” 目前 ，国 内外 对超 大型 浮式 结构 物 （ ｅｙＬ ｒｅＦｏ ｔ ｇＳｒｃｕｅ，简称 。 Ｖ ｒ ａｇ ｌ ｉ ｔ ｔｒｓ ａｎ ｕ
Ｖ Ｆ ）的研 究主要 有 两种 结构 型式 ：厢 式和 半 潜 式 。厢式 浮体 构造 简单 ，维护 方便 ；半潜 式 浮体 构 ＬＳ 造 复杂 ，但 水 动力 性能 更佳 ，适 合在 较 为恶 劣 的海 洋环境 条件下 生存 。综 合 考虑ＶＬ Ｓ 种结 构 型式 Ｆ两 的优劣 ，针对 我 国南海 油气 资源 的分布 特 点 （ 水 、离岸 远 、环 境条 件恶 劣和 补给 困难 ）以及资 源开 深 发 的需求 ，课 题组 提 出一种 新型超 大 型浮 体概 念 （ Ｆ — ｌ ａ ａｇ ｌａ ｎ ｔ ｃ ｒｓ ＵＬ ＳＵ ｔ ｒｅＦｏ ｔ ｇＳｒ ｔ ｅ ）—‘ 水环 形 ｒＬ ｉ ｕｕ ‘ 深 浮 式人 工港” ，它 是一 种可 用 于深水 油 气 资源 开发 ，带 有永 久或 半 永久性 ，具有 综合 性 、多功 能用 途
的深 远海 远程 补给 基地 。
本文 在 不 同海 况 条件 下 ，选取ＵＬ Ｓ Ｆ 一组 典 型剖 面对 波浪 诱 导 的剪力 和弯 矩载 荷进 行预 报 ， 旨在
超大型浮体柔性连接器动响应研究
祁恩荣 1，宋 恒 2，陆 晔 1，李志伟 1，夏劲松 1
(1. 中国船舶科学研究中心，江苏无锡 214082； 2. 江苏科技大学船舶与海洋工程学院，江苏镇江 212003) 摘要：为了降低 VLFS (超大型浮体) 模块连接的巨大载荷，通常选择柔性连接器。本文以某横向浮筒式的 浅吃水超大型浮体为研究对象，采用 RMFC 模型（刚性模块柔性连接器）分析连接器载荷和模块运动响 应，并与三模块模型试验进行比较验证。通过较高和较低横向刚度的系列纵向和垂向刚度组合的连接器载 荷计算，给出连接器载荷随刚度变化的关系，分析连接器载荷峰值出现的原因。针对连接器载荷峰值对应 的刚度组合，计算模块运动响应，分析模块相对运动模式。研究结果表明，对于较高和较低的横向刚度， 均存在一定的纵向和垂向刚度组合，导致连接器载荷出现较大的峰值；连接器载荷峰值对应浪向角 85°左 右的海况，模块相对运动主要表现为艏摇。 关键词：超大型浮体；柔性连接器；连接器载荷；运动响应 中图分类号：U661.43 文献标识码：A
Study on dynamic response of flexible connectors of very large floating structures
QI En-rong 1, Song Heng 2, LU Ye 1, LI Zhi-wei 1, XIA Jing-song 1
(1. China Ship Scientific Research Center, Wuxi 214082, China; 2. Jiangsu University of Science and Technology, Zhenjiang 212003, China) Abstract： Flexible connectors are usually selected to reduce the huge load of modular connection of VLFS (Very Large Floating Structures). In this paper, the RMFC model (Rigid Module Flexible Connector) is used to analyze connector load and motion response of a VLFS with shallow daft and transverse pontoon and comparative verification with a model test of three modules is conducted. The relationship between connector load and rigidity is given based on calculation of serial combination of longitudinal and vertical rigidity with a higher and a lower transverse rigidity and the peak occurrence of connector load is analyzed. Motion response is calculated and motion mode is analyzed on the rigidity combination corresponding to the connector load peak. The results show that whether the transverse rigidity is high or low, there exists a combination of longitudinal and vertical rigidity which may cause the connector load peak. The connector load peak usually occurs when the wave-to-course angle is about 85° and the main motion mode is a combination of surge and yaw. Key words：VLFS; flexible connector; connector load; motion response
超大型海上浮式结构物连接器基座强度分析
超大型海上浮式结构物连接器基座强度分析李良碧;李嘉宾;董佳欢;贾倩倩;顾海英;汤明刚;罗广恩【摘要】超大型海上浮式结构物(Very Large Floating Structure,VLFS)是由若干个单模块通过连接器连接而成的海上结构物,连接器是整个结构中最薄弱而又最关键的部分,因此有必要对连接器基座进行静强度分析和极限强度分析.文章采用以包含连接器基座的上箱体为研究对象,选取包含单个连接器基座和两个连接器基座的上箱体局部结构作为模型进行静强度分析,得到了两种模型连接器基座整体Von mises应力不大,但存在基座与连接器连接处、立柱与上箱体底甲板连接处两处明显的高应力区的相关结论.然后,采用非线性有限元准静态法对连接器基座进行极限强度分析,确定结构在危险工况下最先发生破坏的位置,得到基座连接器不同方向的极限承载力.结果表明,连接器基座在各个方向的极限承载力都远大于其载荷预报值,连接器基座具有较大的结构强度储备.文中的研究结果为超大浮体连接器基座的设计和安全可靠性分析提供了相关理论依据.【期刊名称】《船舶力学》【年(卷),期】2019(023)004【总页数】12页(P455-466)【关键词】超大型海上浮式结构物;连接器基座;静强度;极限强度;有限元方法【作者】李良碧;李嘉宾;董佳欢;贾倩倩;顾海英;汤明刚;罗广恩【作者单位】江苏科技大学船舶与海洋工程学院, 江苏镇江 212003;江苏科技大学船舶与海洋工程学院, 江苏镇江 212003;江苏科技大学船舶与海洋工程学院, 江苏镇江 212003;江苏科技大学船舶与海洋工程学院, 江苏镇江 212003;江苏科技大学船舶与海洋工程学院, 江苏镇江 212003;中国船舶科学研究中心, 江苏无锡, 214082;江苏科技大学船舶与海洋工程学院, 江苏镇江 212003【正文语种】中文【中图分类】U661.430 引言超大型海上浮式结构物[1-2]体积庞大，结构复杂，相比于陆地结构，它长期服役在岛、礁和浅滩附近，海洋环境十分复杂。
浮式起重机底座加强结构强度评估及优化
为保证计算顺利进行 ， 基于实际情况对起重机底座加强结构有限元模型进行约束 ， 即约束船底外板 、 内 底板 、 ５ ３ ０ ０ 平 台和主甲板 四周节点的所有 自由度 ， 即为 ： ｕ ＝ ｕ ＝ Ｕ ＝Ｕ Ｒ ｘ ＝Ｕ Ｒ ＝ Ｕ Ｒ ＝ ０ 。１ ５ ］
建 立 起 重 机 底 座 加 强 结 构 有 限元 模 型 ， 对 非 工 作 状 态和 最 大 工 作 状 态 两种 情 况 进 行 强度 评 估 ， 并 以 此 为基 础 进 行 结 构 优 化。结果表明 ， 优 化 后 起 重机 底 座 加 强 结 构 的 强 度 足 以保 证 起 重 机 的安 全 作 业 。 关键词 ： 加 强结 构 ； 强度评估 ； 结构 优 化 ； 有 限元 方 法 中图分类号 ： Ｔ Ｈ ２ １ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ １ — ９ ８ ９ １ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ２ — ０ ０ ３ ４ — ０ ４
Ｖｏ １ ． １ ６ Ｎｏ ． ２
Ｊ ｕ ｎ ． ２ ０ １ ７
浮 式起 重机底座加强 结构强度评 估及优化
陈 家 旺
（ 浙 江 省 海 盐 县 港 航 管 理 处 船 舶 检 验 科 ，浙 江 海 盐 ３ １ ４ ３ ０ ０ ）
摘 要 ： 在 某 多用 途 货 船 增 设 一 台 浮 式 起 重 机 的 情 况 下 ， 文 章 以起 重 机 底 座 加 强 结 构 为研 究 对 象 ， 采用有 限元方法 ，
０ 引 言
海洋浮动结构体在海上工程施工中的应用优势
海洋浮动结构体在海上工程施工中的应用优势海洋浮动结构体是指在海洋中漂浮的建筑物或构件，其利用浮力原理来支撑和固定在水体上。
它们在海洋工程施工中具有独特的优势和重要的应用价值。
本文将从海洋浮动结构体的稳定性、适应性、可持续性和经济性等方面，详细描述其在海上工程施工中的应用优势。
首先，海洋浮动结构体具有出色的稳定性。
相较于陆地上的建筑物，海洋浮动结构体在水中能够充分利用浮力来平衡重力，从而具有较强的稳定性。
即使在恶劣的海洋环境下，如强风、大浪、地震等情况，海洋浮动结构体也能够通过调整自身的浮力和重心来保持稳定，减小结构的受力，确保施工安全。
其次，海洋浮动结构体具有良好的适应性。
由于海洋基本上占据了地球表面的三分之二，而陆地上的建筑空间有限，因此海洋浮动结构体可以充分利用海洋的空间资源，满足人们对海上工程的需求。
无论是海洋发电厂、海上石油钻井平台，还是海洋观光设施，都可以借助海洋浮动结构体来实现。
此外，海洋浮动结构体还可以根据不同使用需求进行设计和布置，灵活变换形态和功能，满足不同类型的海上工程施工要求。
第三，海洋浮动结构体具有较高的可持续性。
海洋是一个庞大的自然资源库，拥有丰富的能源资源，如风能、潮汐能、波浪能等。
利用海洋浮动结构体搭建海上能源设施，可以有效利用这些能源资源，减少对传统能源的依赖，实现可持续能源的开发和利用。
此外，海洋浮动结构体还可以用于海洋环境保护和海洋生态建设，如海洋垃圾收集装置、海洋生物养殖场等，有利于维护海洋生态平衡和保护海洋生物多样性。
最后，海洋浮动结构体具有较高的经济性。
相较于传统陆地建筑，海洋浮动结构体从设计、建造、运维等方面都具有一定的成本优势。
首先，在设计方面，海洋浮动结构体的结构相对简单，施工周期较短，可以提高工程的效率和经济性。
其次，在建造方面，由于海洋浮动结构体主要是在陆地上进行预制，再进行海上组装和安装，可以避免在海上进行大量临时工程，从而减少了建设成本。
最后，在运维方面，由于海洋浮动结构体的构件可以进行拆解和更换，便于维护和续修，可以大大减少运营和维护成本。
超大型浮体横撑结构极限强度分析
超大型浮体横撑结构极限强度分析顾海英;封加权;汤明刚;李嘉宾;张静怡;罗广恩;董佳欢;李良碧【摘要】超大型浮体(VLFS)的横撑是整个结构的关键部位,极易发生破坏,因此有必要对超大型浮体横撑结构进行极限强度分析.文章以超大型浮体横撑为研究对象,计算其在两端受压、受拉、受剪切和受弯矩作用下的极限承载力,分析其失效模式,并讨论边界约束、初始缺陷和海水腐蚀等因素对撑杆结构极限承载力的影响.结果表明,撑杆结构受压失效模式表现为屈曲失效和塑性变形;受拉、受剪和受弯失效模式表现为屈服和塑性流动;边界条件、初始缺陷和腐蚀对撑杆结构的极限承载力具有一定的影响.文中研究结果可为超大型浮体横撑结构设计和安全可靠性分析提供相关依据.【期刊名称】《船舶力学》【年(卷),期】2018(022)007【总页数】12页(P845-856)【关键词】超大型海上浮式结构物(VLFS);横撑结构;极限强度;非线性有限元【作者】顾海英;封加权;汤明刚;李嘉宾;张静怡;罗广恩;董佳欢;李良碧【作者单位】江苏科技大学船舶与海洋工程学院,江苏镇江 212003;江苏科技大学船舶与海洋工程学院,江苏镇江 212003;中国船舶科学研究中心,江苏无锡 214082;江苏科技大学船舶与海洋工程学院,江苏镇江 212003;江苏科技大学船舶与海洋工程学院,江苏镇江 212003;江苏科技大学船舶与海洋工程学院,江苏镇江212003;江苏科技大学船舶与海洋工程学院,江苏镇江 212003;江苏科技大学船舶与海洋工程学院,江苏镇江 212003【正文语种】中文【中图分类】U661.430 引言近年来，用以开发海洋资源和利用海上空间的超大型浮式结构物（Very Large Floating Structure,VLFS）已成为国际海洋工程界的研究热点。
超大型浮体通常由上箱体、立柱、横撑和下浮体组成，其体积庞大，结构复杂。
撑杆保证了超大型浮体结构的刚度，对超大型浮体结构抵抗波浪载荷起到关键作用，但横撑结构的跨度比较大，在风、浪和流等海洋环境的作用下，横撑结构受力复杂，极易发生破坏，因此需要对超大浮体撑杆结构进行极限强度分析，进而保证超大型浮体的结构安全可靠性[1-2]。
深水FPSO立管导管及基座结构设计分析
24
徐田甜：深水FPSO立管导管及基座结构设计分析
船舶结构
2021 年 · 第 2 期 · 总第 191 期
表 2 水下柔性跨接软管主要参数
参数
原油生产跨接管 注气跨接管 注水跨接管 天然气外输跨接管
水下在位状态长度 /m
530
490
490
555
软管外径 /mm 在海水中的质量（充满水）/（kg·m-1）
512.9 212.7
165.3 36.4
405.4 148.5
455.9 178.9
软管在 J 形管节底端的切线角 /（°）
10.9
12.6
13.0
13.8
海上安装提升软管要求最小导管内径 /mm
972
755
883
940
工艺甲板
立管廊
导管
主甲板
防撞保护架 立管导管
J 形管节
J 形管节
B.L. （a）立管导管、立管廊和保护架
表 1 FPSO 作业海域 / 远洋拖航航线设计环境条件
海域 西非作业油田
环境条件重现期 /a
波浪有义波高 Hs /m
波浪谱峰周期 Tp / s
1 min 平均风速 Vw /（m·s-1）
海表面流速 Vc /（m·s-1）
3.60（主涌） 17.5（主涌）
100
1.55（次涌） 14.7（次涌）
32.3
XU Tian-tian
(CNOOC Limited, Tianjin branch, Tianjin 300459, China)
Abstract: The general layout and the optimization of the basic design by the detailed design are introduced for the riser I-tube and foundation of the flexible dynamic riser jumper on an ultra-larger deepwater FPSO. The design of riser I-tube and foundation takes into account FPSO on-site operation, extreme environment, riser jumper offshore installation, riser accident, FPSO damage and ocean tow conditions. A quantitative analysis of the risk of the oil and gas leakage and the deflagration chain hazard has been carried out for the riser shutdown valves according to the enterprise standard requirements of the oil company. The design blast overpressure of the riser I-tube and foundation is determined to analyze the strength of riser I-tube and foundation against blast accidents. The passive fire protection design of the riser I-tube and foundation is also carried out. The fatigue life of the riser I-tube and foundation is finally predicted based on the analysis method of the cumulative fatigue damage.
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超大型海上浮式结构物连接器基座强度分析李良碧1,李嘉宾1,董佳欢1,贾倩倩1,顾海英1,汤明刚2,罗广恩1(1.江苏科技大学船舶与海洋工程学院,江苏镇江212003;2.中国船舶科学研究中心,江苏无锡,214082)摘要:超大型海上浮式结构物(Very Large Floating Structure,VLFS )是由若干个单模块通过连接器连接而成的海上结构物,连接器是整个结构中最薄弱而又最关键的部分,因此有必要对连接器基座进行静强度分析和极限强度分析。
文章采用以包含连接器基座的上箱体为研究对象,选取包含单个连接器基座和两个连接器基座的上箱体局部结构作为模型进行静强度分析,得到了两种模型连接器基座整体Von mises 应力不大,但存在基座与连接器连接处、立柱与上箱体底甲板连接处两处明显的高应力区的相关结论。
然后,采用非线性有限元准静态法对连接器基座进行极限强度分析,确定结构在危险工况下最先发生破坏的位置,得到基座连接器不同方向的极限承载力。
结果表明,连接器基座在各个方向的极限承载力都远大于其载荷预报值,连接器基座具有较大的结构强度储备。
文中的研究结果为超大浮体连接器基座的设计和安全可靠性分析提供了相关理论依据。
关键词:超大型海上浮式结构物;连接器基座;静强度;极限强度;有限元方法中图分类号:U661.43文献标识码:Adoi:10.3969/j.issn.1007-7294.2019.04.010Strength analysis of connector base ofvery large floating structureLI Liang-bi 1,LI Jia-bin 1,DONG Jia-huan 1,JIA Qian-qian 1,GU Hai-ying 1,TANG Ming-gang 2,LUO Guang-en 1(1.School of Navel Architecture &Ocean Engineering,Jiangsu University of Science and Technology,Zhenjiang 212003,China;2.China Ship Scientific Research Center,Wuxi 214082,China)Abstract :Very Large Floating Structure (VLFS)is composed of several single modules which are connect ⁃ed through connectors,and the connector is the weakest and the most critical part of the whole structure.So static strength analysis and ultimate strength analysis of the connector base are necessary.In this paper,the upper box including the connector is studied,and the local structure including single connector base and double connector base are selected,and their static strength are analyzed.The results show that al ⁃though the whole stresses of the two models are little,the joint of the connector and the upper box and the joint of the column and the upper box are obviously the areas of high stresses.Then based on Quasi-Static method of nonlinear finite element method,the ultimate strength of the connector base is calculated.The locations of the first to be damaged under the dangerous working conditions are founded,and the ultimate strength of the connector base under the load of different directions is calculated.The results show that the ultimate bearing capacity of the connector base is far more its predicted loading,and the connector base has a large strength reserve.The results provide a theoretical basis and safety reliability analysis for the design 文章编号:1007-7294(2019)04-0455-12收稿日期:2018-10-10基金项目:“973”计划资助项目(2013CB036100);国家自然科学基金资助项目(51479084);江苏省自然科学基金资助项目(BK20150468)作者简介:李良碧(1971-),女,教授;李嘉宾(1992-),男,硕士研究生;罗广恩(1980-),男,副教授,通讯作者,E-mail:guangenluo@ 。
第23卷第4期船舶力学Vol.23No.42019年4月Journal of Ship Mechanics Apr.2019456船舶力学第23卷第4期of connector base of the very large floating structure.Key words:Very Large Floating Structure (VLFS);connector base;static strength;ultimate strength;finite element method0引言超大型海上浮式结构物[1-2]体积庞大,结构复杂,相比于陆地结构,它长期服役在岛、礁和浅滩附近,海洋环境十分复杂。
在服役过程中不仅要承受风、浪和流等载荷,还要面临偶然性的灾害和载荷,这些都会对超大浮体的各个单模块之间产生碰撞和挤压,对超大浮体连接器产生极大的破坏力,降低了平台的承载能力,从而影响超大浮体的安全使用。
因此对超大浮体连接器基座的强度分析是其成功设计的关键。
目前国内外关于海上浮式结构物连接器的研究主要集中在连接器的载荷上[3-7]。
Derstine 等[8]通过对比柔性连接器与刚性连接器在不同模块结构和不同海况下所能承受的载荷,得出通用的柔性连接器比传统刚性连接器的载荷显著减小的结论。
管义锋等[9]估算了船舶碰撞引起的连接器载荷的数量级,并对比波浪引起的连接器载荷,得出了两者属于同一数量级的结论。
于澜等[10]研究了超大浮体多模块之间的相互作用对连接器载荷的影响。
研究表明,超大型海上浮式结构物模块间的相互作用对刚度不同的连接器载荷的影响不同,当浪向角较小尤其是迎浪时,影响十分明显;当浪向角较大尤其是横浪时,模块间的相互作用对连接器载荷的影响可以忽略不计。
综上所述,国内外对连接器基座强度的研究较少。
因此,本文开展了对超大型海上浮式结构物连接器基座静强度及极限强度的计算和分析。
研究结果可为超大浮体连接器基座的设计和安全可靠性分析提供相关理论依据。
1理论基础1.1有限元分析中的非线性问题在结构有限元分析中,存在三种非线性因素[12],分别是材料非线性、几何非线性和边界非线性。
船舶与海洋结构强度分析中主要涉及材料非线性和几何非线性。
1.1.1材料非线性金属弹塑性材料在弹性范围内,应力—应变的变化规律是线性的,此时材料的响应是可逆的;若应力超过材料的屈服强度,外载荷消失时,材料不能完全回复到初始状态,材料具有不可逆性,如图1所示。
1.1.2几何非线性在结构分析过程中,结构在外力作用下发生几何大变形引起结构响应的非线性,称为结构的几何非线性。
杆件的屈曲失稳现象是常见的几何非线性问题。
1.1.3边界非线性在结构分析过程中,由于结构边界条件发生变化而引起的响应非线性,称为边界非线性。
碰撞和接触是最常见的边界非线性问题。
1.2非线性有限元分析方法非线性有限元分析方法是可以考虑材料非线性、几何非线性和边界非线性的有限元分析,被越来图1弹塑性材料应力—应变曲线Fig.1Stress-strain curve of the elastic-plastic material材料破坏斜率为弹性模量初始屈服应力最大张力应力应变第4期李良碧等:超大型海上浮式结构物连接器 (457)越多地应用到工程计算中,逐渐成为计算和评估结构极限强度最理想的方法。
非线性有限元法分析流程如图2所示。
非线性有限元强度计算中最常用和最有效的方法是弧长法和准静态法。
本文采用准静态法计算连接器基座的极限强度。
准静态分析法用载荷的缓慢加载来模拟静态,实质上是一个结构动态求解的过程。
结构非线性运动方程的显示求解法采用中心差分法对运动方程(1)进行显示的时间积分,载荷步的动力学条件由上一个增量步的动力学条件决定,直到求解时间结束。
M []a {}=P {}-I {}(1)式中:M []为质量矩阵;a {}为加速度列阵;P {}为载荷列阵;I {}为内力列阵。
采用中心差分法的显示求解方法不存在收敛问题,且当模型比较大时,需要的系统资源比较少。
使用准静态分析法时,需要注意加载速度的设置,加载速度过快会出现载荷-位移曲线震荡的现象,导致求解结果产生较大的局部偏差,无法达到“准静态”的要求。
如果加载速度过慢,则需要耗费大量的时间。
在分析时,一般选取多个加载速度进行比较分析后选取合适的加载速度。
2连接器基座静强度分析2.1连接器基座概况超大浮体单模块由上箱体、立柱、横撑和下浮体等结构组成,如图3所示。
下浮体横向设置,连接器基座位于上箱体内,如图4所示。
含连接器的超大浮体示意图如图5所示,其中M1~M3表示单模块,C1~C4表示连接器。
相邻两个模块之间的连接器沿超大浮体中纵剖面对称布置,基本模块的数量因需而定。