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張力腿平臺整體結(jié)構(gòu)強度有限元分析對平臺全壽命安全運行至關(guān)重要。整體結(jié)構(gòu)強度分析的目的是確定在危險工況及環(huán)境載荷下平臺結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。根據(jù)TI_P的功能要求對其上部模塊進行總體布置設(shè)計，最終確定了上部模塊的尺寸以及質(zhì)量和質(zhì)量分布。該TI_P采用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式，四立柱、四旁通，立柱頂部用析架連接。依據(jù)上部模塊尺寸質(zhì)量，對TI_P殼體結(jié)構(gòu)進行總體尺度規(guī)劃，確定了平臺總體尺寸;并對結(jié)構(gòu)質(zhì)量、可變壓載質(zhì)量、固定壓載質(zhì)量和附屬構(gòu)件質(zhì)量進行估算，編制出總體質(zhì)量控制報告;同時根據(jù)平臺的處理能力以及天然氣輸送要求進行立管設(shè)計，確定出立管尺寸。張力腿作為TI_P的系泊系統(tǒng)，在總體設(shè)計中要根據(jù)平臺定位要求，確定其總體尺寸。
本文分析研究的典型TI_P主要結(jié)構(gòu)包括立柱、節(jié)點、旁通以及上甲板四部分。旁通為近似矩形截面的結(jié)構(gòu)，高9.5 m，寬12.35 m。旁通與立柱之間通過節(jié)點進行連接。4個節(jié)點是高為9.5 m、外徑為23.75 m的柱形結(jié)構(gòu)。立柱頂端高度為57.45m，平臺的名義吃水為30 m。平臺艙室由于其功能性可劃分為臨時艙室、永久艙室以及空艙三種類型。典型張力腿平臺各部分定義如圖所示。
結(jié)構(gòu)有限元分析載荷包括了靜載、半靜載以及動載荷三部分。針對平臺六種典型的極端工況，最大橫向撕裂力、最大橫向扭矩、最大縱向剪切力、最大垂向彎矩、最大甲板縱向慣性力、最大甲板橫向慣性力的設(shè)計波分析是首先計算的內(nèi)容。采用SESAM軟件進行分析。建模中采用四節(jié)點平板單元、三節(jié)點平板單元、兩節(jié)點梁單元、質(zhì)量單元以及彈簧單元，建立平臺整體結(jié)構(gòu)有限元模型。彈簧單元用來模擬張力腿與平臺接觸位置的三維位移，剛度參考了張力腿的剛度及平臺運動阻尼。
平臺的坐標系統(tǒng)定義為：以平臺主結(jié)構(gòu)基平面幾何中心為坐標原點，X軸正向指向平臺東側(cè)，Y軸正向向北，Z軸垂直向上。圖為平臺危險工況及坐標。本文所研究的典型TI_P采用DNV-SESAM的GeniE模塊進行建模，模型的整體坐標系與平臺坐標系統(tǒng)一致：以平臺結(jié)構(gòu)基平面幾何中心為坐標原點。進行TI_P平臺總強度分析，驗證平臺浮箱、立柱及其連接結(jié)構(gòu)的屈服強度是否滿足使用要求。按照船級社要求，采用有限元方法計算平臺總強度。采用殼單元模擬平臺外板、甲板、艙壁、強框架腹板等結(jié)構(gòu)，采用梁單元模擬扶強材、析材等結(jié)構(gòu)。水動力載荷、靜水載荷和平臺加速度基于設(shè)計波幅直接傳遞給平臺總強度有限元模型，從而驗證平臺主體結(jié)構(gòu)的屈服強度是否滿足規(guī)范要求。
模型主要包括四個立柱、環(huán)形浮箱、立柱上部橫向支撐和上部組塊析架結(jié)構(gòu)。為保證分析結(jié)果的準確性及提高工作時效，在平臺總強度分析中只建立基本結(jié)構(gòu)的有限元模型(甲板、艙壁、大梁等)，不考慮局部集中載荷等因素所要求的局部結(jié)構(gòu)加強。建模中考慮了部分簡化處理，包括平臺主甲板結(jié)構(gòu)采用板梁組合的析架式結(jié)構(gòu)進行建模，上部設(shè)備采用質(zhì)量點及調(diào)整板密度的形式建立，壓載水艙質(zhì)量采用調(diào)整所在艙室上下板密度方式建立。
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