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

1、海上超大型浮式結(jié)構(gòu)物（Very Large Floating Structure，VLFS）是由若干個與半潛平臺相似的浮體通過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、浮動基地和海上港口等，是目前海洋工程界的熱點(diǎn)之一。國內(nèi)對于此結(jié)構(gòu)的研究尚處于解決基礎(chǔ)性關(guān)鍵技術(shù)問題的階段，因此急需要一套針對超大浮體強(qiáng)度的直接計算方法。
　　本文以某超大浮體概念設(shè)計的單模塊為研究對象。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)報和總體強(qiáng)度評估，確定其結(jié)構(gòu)響應(yīng)熱點(diǎn)區(qū)域，并對結(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和挪威船級社軟件 SESAM對結(jié)構(gòu)改進(jìn)后的超大浮體進(jìn)行總體強(qiáng)度評估，并比較兩種軟件得到的強(qiáng)度計算結(jié)果；最后基于ANSYS對結(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)度分析的直接計算方法。主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下：
　?。?）基于AN

3、SYS/AQWA的超大浮體直接計算方法。首先采用設(shè)計波方法，結(jié)合有限元分析軟件ANSYS/AQWA和ABS規(guī)范計算了超大浮體水動力響應(yīng)和波浪載荷。然后調(diào)用ASAS模塊采用直接計算方法進(jìn)行典型危險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。
　?。?）基

4、于ANSYS/AQWA的超大浮體結(jié)構(gòu)改進(jìn)后的總體強(qiáng)度評估。根據(jù)超大浮體總體強(qiáng)度分析結(jié)果，對應(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渡的形式與下浮體外表面連接。然后基于ANSYS/AQWA對結(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)果說明橫撐結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和加強(qiáng)對降低應(yīng)力來說是非常有效的

5、。
　　（3）基于SESAM的超大浮體直接計算方法。采用SESAM軟件預(yù)報超大浮體在自存工況下的波浪載荷，采用直接計算方法進(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ANSYS/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ANSYS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