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半潛式平臺具有造價高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、承受多種載荷作用等特點，從設(shè)計角度應(yīng)做到經(jīng)濟性與可靠性最大限度地統(tǒng)一。由于設(shè)計經(jīng)驗較少，要達到這些要求，必須采用快速穩(wěn)定的方法對初期設(shè)計的結(jié)構(gòu)進行快速、穩(wěn)定的評估，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項目采用SACS軟件進行有限元分析。被模擬的半潛式平臺的主尺度為：縱向長度為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)半潛式海洋平臺結(jié)構(gòu)特點，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渡，如圖所示。基于主結(jié)構(gòu)圖紙，根據(jù)浮體和立柱結(jié)構(gòu)特點，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，并計算甲板梁所代表的實際結(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)量的方式來模擬，如圖所示。
載荷分為靜水力載荷和水動力載荷，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軟件進行計算的，板梁組合模型用ABAQUS軟件計算。兩種計算結(jié)果的對比列于表。對比的剖面載荷為水動力載荷下的最大水平分離力和最大水平分離彎矩，其中對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。計算結(jié)果顯示：在基礎(chǔ)設(shè)計階段，采用空間剛架模型進行整體強度分析，可以對整體結(jié)構(gòu)力系分布進行快速評估，其計算結(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)計初期階段的結(jié)構(gòu)提供快速評估和優(yōu)化的依據(jù)。
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