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隨著我國海洋石油工業(yè)不斷向著“深水進軍”，組塊的總體規(guī)模越來越大，最近的南海項目組塊的重量已超過3萬t，創(chuàng)歷次之最。在駁船運輸組塊的過程中，在波浪載荷作用下，駁船的柔度對組塊的結(jié)構(gòu)強度會產(chǎn)生很大的影響，這和以往在不需要考慮船體變形因素的條件下對組塊進行運輸強度校核具有很大不同。因此，在給定海況下，組塊在用駁船運輸過程中，船體變形的數(shù)據(jù)直接影響組塊結(jié)構(gòu)有限元分析的校核結(jié)果。為此，采用基于頻域分析的設(shè)計波法，對南海某項目的組塊運輸進行三維全藕合數(shù)值模擬和計算分析。根據(jù)駁船運動誘導的慣性力，以及重力等求出組塊各構(gòu)件的應力，按API規(guī)范進行校核組塊的結(jié)構(gòu)強度。
1)海況條件采用中國南海某區(qū)域，10年一遇海況。2)總體結(jié)構(gòu)模型。根據(jù)圖紙信息，準確建立組塊、DSF滑道、SEAFASTENING和駁船結(jié)構(gòu)模型。由于要準確地模擬出駁船和組塊結(jié)構(gòu)，導致有限元模型的單元數(shù)和節(jié)點數(shù)量十分龐大，而且為了準確模擬組塊與駁船船體連接節(jié)點自由度，將整個系統(tǒng)分為兩個子模型—組塊(含DSF)和駁船，然后利用超單元組合技術(shù)，將它們組合成整體結(jié)構(gòu)模型。
根據(jù)駁船的型線資料，建立三維水動力計算的濕表面模型。根據(jù)駁船的艙室布置圖進行三維模型的艙室劃分，并模擬艙室壓載水，進行水動力計算。采用設(shè)計波法進行組塊運輸全藕合的強度分析，設(shè)計波參數(shù)由組塊重心處3個線方向最大加速度、3個角方向最大加速度以及駁船中橫剖面3個方向最大彎矩等9個主導載荷確定。計算船體在各主導載荷工況下，載荷響應的短期極值，并結(jié)合各載荷響應的傳遞函數(shù)確定設(shè)計波參數(shù)，包括浪向、周期、波幅和相位。
在得到設(shè)計波參數(shù)后，即可針對選定的設(shè)計波，采用三維線性頻域水動力理論，進行波浪載荷計算。在用設(shè)計波法對組塊運輸時駁船所受波浪載荷進行預報時，需要將駁船濕表面的水動壓力、液艙載荷以及慣性載荷施加到有限元模型上，確保模型的靜力和動力平衡，用于進行結(jié)構(gòu)有限元計算。
駁船受到靜水載荷和波浪載荷的作用，由于SEAFASTENING是在組塊裝船后才焊接上去的，因此SEAFASTENING在靜水載荷工況下不起支撐固定作用，只在波浪載荷工況下起支撐作用。為此，需要分靜水工況和波浪工況兩種情況進行計算：在靜水載荷工況下分析時要將SEAFAS-TENINGS與駁船連接處的節(jié)點單元解，這樣SEAFASTENINGS便不起支撐作用；在波浪載荷工況下分析時，又需要將SEAFASTENING與駁船連接節(jié)點耦合上，使它們起到支撐固定作用。最后用PREPOST模塊，將這兩個載荷工況的結(jié)果合并起來，得到最終結(jié)果文件。另外，由于RUN-NERS與駁船甲板上的滑道之間只受壓力而不受拉力，這里可通過分析RUNNERS的受力情況來實現(xiàn)。如果在分析工況下，RUNNERS所受的力為壓力，那么就不用對它進行操作，如果RUNNERS所受的力為拉力，那么就要將受拉力作用的RUNNERS與駁船甲板上滑道的接觸節(jié)點解藕，使之受壓不受拉。
采用SESAM / FRAMEWORK模塊，依據(jù)API RP 2A LSD對組塊(含DSF)桿件結(jié)構(gòu)進行強度校核，計算結(jié)果表明少數(shù)桿件在某些工況下，不滿足強度要求，其中，UC值最大達到2.3(由于篇幅有限，具體計算結(jié)果暫不列出)。不滿足強度要求的構(gòu)件，見圖中深色構(gòu)件。 采用SESAM/FRAMEWORK模塊，依據(jù)APIRP 2A LSD，對組塊(含DSF)管節(jié)點進行沖剪強度校核，計算結(jié)果表明少數(shù)節(jié)點在某些工況下，不滿足強度要求，其中，UC值最大為1.23。不滿足強度要求的節(jié)點，見圖中深色節(jié)點。
專業(yè)從事機械產(chǎn)品設(shè)計│有限元分析│強度分析│結(jié)構(gòu)優(yōu)化│技術(shù)服務(wù)與解決方案
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