海上風機一體化運輸安裝船船體結(jié)構(gòu)強度分析及優(yōu)化.pdf

1、近年來，為應對能源危機問題，各國都在積極地發(fā)展風力發(fā)電，大力開展海上風電場的建設。作為能源消耗大國，大力發(fā)展海上風電是我國的一項重要舉措。風電運輸安裝船是建設海上風電場的關(guān)鍵設備。新型的風電一體化運輸安裝船是一種全新的海洋工程船舶，與起重船和自升式分體安裝平臺不同，該船集風機的整體運輸、安裝于一體，無需其它船舶配合，可高效高精度地完成風機的整體運輸和吊裝工作，減少了海上作業(yè)時間，降低了安全風險。風機一體化運輸、安裝已成為了未來風電安裝船

2、的發(fā)展的趨勢之一。
　　本文對一艘能夠同時運輸、安裝4臺6MW風機的風電一體化運輸安裝船進行了研究，完成了總體設計和結(jié)構(gòu)設計。考慮到風機整機重量較大，作用力為集中載荷，且需要在船舶甲板上進行縱向移動，因此船舶的結(jié)構(gòu)強度是研究的重點。主要工作和研究成果如下：
　　(1)根據(jù)船舶的功能需求，提出了該型船的概念設計方案，完成了型線和總布置設計工作及載荷調(diào)整方案，并在此基礎(chǔ)上進行了船體結(jié)構(gòu)的規(guī)范設計。
　　(2)作為一種全新的

3、海洋工程船型，風電一體化運輸安裝船沒有直接的設計規(guī)范。本文參考了《CCS船舶結(jié)構(gòu)強度直接計算指南》及其他相關(guān)文獻，總結(jié)了該船型建模規(guī)則、載荷計算方法、設計波參數(shù)確定方法、邊界條件選取方法及許用應力要求，形成了一套針對風電一體化運輸安裝船的整船強度直接計算的方法。
　　(3)基于設計波法對波浪載荷進行了預報。通過SESAM PatranPre建立面元模型和質(zhì)量模型，利用 SESAM軟件計算了八種工況下船舯剖面垂向波浪彎矩的傳遞函數(shù)。

4、從偏安全的角度出發(fā)，選取北大西洋海域的海況進行載荷預報，利用 SESAM軟件中的HydroD模塊，選擇Pierson-Moskowitz譜，結(jié)合Weibull分布擬合長期預報方法，對船舶的波浪載荷進行了預報。
　　(4)對船體全船強度進行了分析。利用PCL語言和FEM場的功能，讀取水動載荷的結(jié)果，利用線性外插法將水動載荷映射施加到船舶有限元模型上。計算結(jié)果表明，本船的航行工況下高應力水平的區(qū)域主要集中在風機底座下方，在起重工況下的

5、高應力水平區(qū)域集中在尾部風機起重桁架附近和風機底座下方。造成這一結(jié)果的原因是由于風機重量較大。
　　(5)對于風機底座附近承載和應力較大區(qū)域的船舶結(jié)構(gòu)，利用 MSC.Patran/Nastran的Optimize功能，選定了合適的變量，以結(jié)構(gòu)的合成應力不超過許用應力作為約束條件，以總量最輕為優(yōu)化目標進行了尺寸優(yōu)化。對優(yōu)化后的整船模型進行了滿載出港迎浪工況下的強度分析。優(yōu)化結(jié)果表明，改變結(jié)構(gòu)件的尺寸可以非常有效地降低結(jié)構(gòu)應力水平，減