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800吨自升式起重平台站立状态的结构强度分析

作　者: 仓鑫
导　师: 张世联
学　校: 上海交通大学
专　业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: 自升式起重平台结构强度环境载荷站立状态有限元
分类号: U674.381
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

800吨自升式起重平台是我国正在设计的起吊能力最大的自升式平台,主要用于海上风机设备、近海桥梁分段和其他海洋结构物的起吊安装。该平台的设计在国内尚属首例,代表了国内起重平台的最先进水平。对于此类平台,国外公开的研究资料十分稀少,而国内的研究才刚刚开始,因此对这类平台结构的受力特点了解不深,难以全面掌握其结构特性,发现潜在危险区域。这使得平台的安全性难以保障,同时也阻碍了我国先进海洋起重设备的设计开发。本论文主要研究800吨自升式起重平台站立状态时的结构强度,此项研究将填补我国对于大型自升式起重平台结构分析的空白,为我国自主设计大型起重平台提供相关技术和参考资料,有助于我国新型海工设备的发展。本项研究成果也可推广到新兴的风电安装船上,为自主设计大型风电安装船提供一定参考。本论文首先确定了此类平台结构强度的基本分析方法,制定了分析流程,总结主要分析内容和强度衡准。其次,讨论了风载荷、波浪载荷及流载荷的相关理论和计算方法,并且建立了该平台的有限元模型,研究了有限元分析中的几个关键技术。最后,进行了有限元直接计算,分析了平台的应力大小及分布,校核了平台整体和各部分的结构强度,并对此提出了一定的改进建议。本论文的主要研究结论为:(1)平台最危险的情况发生在风暴自存状态(满载、波向角90°)和极限作业状态(吊臂120°、波向角90°);(2)桩腿整体、平台主体、固桩区、吊机基座和桩靴等结构的屈服和屈曲强度均满足ABS规范,但建议将固桩区和吊机基座结构进行加强,以提高平台的安全性;(3)平台在风暴自存状态时有很好的抗倾稳性。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-13
第一章绪论  13-22
  1.1 研究背景  13-16
  1.2 研究意义  16-20
    1.2.1 800 吨起重平台站立工况的基本受力特性  16-17
    1.2.2 国内外研究现状  17-19
    1.2.3 本论文的研究意义  19-20
  1.3 论文的主要工作  20-22
第二章强度分析方法  22-39
  2.1 引言  22
  2.2 基本分析方法  22-24
  2.3 强度分析流程  24-26
  2.4 主要的分析内容  26-27
  2.5 强度衡准  27-33
    2.5.1 状态分类  27
    2.5.2 屈服强度衡准  27-28
    2.5.3 屈曲强度衡准  28-33
  2.6 设计工况简介  33-38
    2.6.1 设计工况讨论  33-34
    2.6.2 正常作业状态  34-35
    2.6.3 极限作业状态  35-37
    2.6.4 风暴自存状态  37-38
  2.7 本章小结  38-39
第三章环境载荷计算  39-67
  3.1 引言  39
  3.2 风载荷  39-43
    3.2.1 风载荷计算方法  39-41
    3.2.2 风载荷的计算  41-43
  3.3 波浪载荷  43-56
    3.3.1 波浪理论  43-49
    3.3.2 波浪理论的选择  49-51
    3.3.3 波浪载荷的计算方法  51-55
    3.3.4 海流对于波浪载荷的影响  55
    3.3.5 群桩效应  55-56
  3.4 流载荷  56-58
  3.5 波浪及流载荷计算  58-65
    3.5.1 拖曳力系数与惯性力系数计算  58
    3.5.2 波浪及流载荷计算模型  58-61
    3.5.3 波浪及流载荷计算结果  61-65
  3.6 本章小结  65-67
第四章有限元直接计算法  67-90
  4.1 引言  67
  4.2 平台整体有限元模型  67-71
    4.2.1 坐标系统  67-68
    4.2.2 有限元模型  68-71
    4.2.3 材料  71
  4.3 计算工况  71
  4.4 边界条件  71-75
    4.4.1 边界条件分类  71-72
    4.4.2 外部边界条件  72
    4.4.3 内部连接条件  72-75
  4.5 外载荷  75-80
    4.5.1 外载荷分类  75-76
    4.5.2 环境载荷  76-77
    4.5.3 重力载荷  77-79
    4.5.4 功能载荷  79-80
  4.6 P-△效应  80-85
    4.6.1 P-△效应产生的原因  80-81
    4.6.2 P-△效应的几种处理方法  81-84
    4.6.3 P-△效应的计算及其结果  84-85
  4.7 波浪诱导的动力响应  85-89
    4.7.1 动力响应产生的原因及决定性因素  85-86
    4.7.2 平台自振周期的计算方法及结果  86-88
    4.7.3 波浪诱导动力响应的模拟方法及结果  88-89
  4.8 本章小结  89-90
第五章有限元计算结果分析  90-124
  5.1 引言  90
  5.2 平台整体强度  90-97
    5.2.1 桩腿的有限元计算结果  90-93
    5.2.2 桩腿整体屈服强度校核  93-94
    5.2.3 桩腿整体屈曲强度校核  94-95
    5.2.4 平台的抗倾稳性校核  95-97
  5.3 平台主体  97-106
    5.3.1 平台主体的有限元计算结果  97-105
    5.3.2 平台主体的屈服强度校核  105-106
  5.4 固桩区  106-116
    5.4.1 固桩区的有限元计算结果  106-114
    5.4.2 固桩区的屈服强度校核  114-115
    5.4.3 固桩区的屈曲强度校核  115-116
  5.5 吊机基座  116-121
    5.5.1 吊机基座的有限元计算结果  116-119
    5.5.2 吊机基座的屈服强度校核  119
    5.5.3 吊机基座的屈曲强度校核  119-121
  5.6 分析和校核结果总结  121-123
  5.7 本章小结  123-124
第六章桩靴局部强度的有限元分析  124-134
  6.1 引言  124-125
  6.2 有限元模型  125
  6.3 计算工况  125-127
    6.3.1 放桩提桩工况  125-126
    6.3.2 抬升工况  126-127
  6.4 有限元计算结果及分析  127-131
    6.4.1 放桩提桩工况  127-128
    6.4.2 抬升工况  128-131
  6.5 桩靴强度校核  131-133
    6.5.1 屈服强度校核  131-132
    6.5.2 屈曲强度校核  132-133
  6.6 本章小结  133-134
第七章总结与展望  134-137
  7.1 总结  134-135
  7.2 展望  135-137
参考文献  137-141
附录A P-△效应的详细计算  141-145
致谢  145-146
攻读硕士学位期间发表的学术论文  146

800吨自升式起重平台站立状态的结构强度分析

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