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鉆井平臺的升降結構的強度分析方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201410113879.0

申請日:

2014.03.25

公開號:

CN104951576A

公開日:

2015.09.30

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效 IPC(主分類):G06F 17/50申請日:20140325|||公開
IPC分類號: G06F17/50 主分類號: G06F17/50
申請人: 上海外高橋造船有限公司; 上海外高橋造船海洋工程設計有限公司
發明人: 袁洪濤; 曾驥; 莫建; 周瑞佳
地址: 200137上海市浦東新區洲海路3001號
優先權:
專利代理機構: 上海弼興律師事務所31283 代理人: 薛琦; 楊東明
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201410113879.0

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2017.12.01|||2015.11.04|||2015.09.30

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了鉆井平臺的升降結構的強度分析方法,其包括以下步驟:步驟1.分別計算升降結構的各部分的許用等效應力σeqv,以及鉆井平臺的固樁區加強結構的各部分的許用屈曲應力σcr;步驟2.分別計算升降結構的各部分最大等效應力σmax,以及固樁區加強結構的各部分的最大軸向壓縮應力σz;步驟3.比較升降結構的各部分的最大等效應力σmax與升降結構的各部分對應的許用等效應力σeqv,并比較固樁區加強結構的各部分的最大軸向壓縮應力σz與固樁區加強結構的各部分對應的許用屈曲應力σcr。本發明能夠普遍適用于各類型自升式鉆井平臺升降結構強度校核,滿足自升式鉆井平臺結構強度計算要求,且滿足工程實際要求。

權利要求書

權利要求書
1.  一種鉆井平臺的升降結構的強度分析方法,其特征在于,其包括以下步驟:
步驟1、分別計算升降結構的各部分的許用等效應力σeqv,以及鉆井平臺的固樁區加強結構的各部分的許用屈曲應力σcr;
步驟2、分別計算升降結構的各部分最大等效應力σmax,以及固樁區加強結構的各部分的最大軸向壓縮應力σz;
步驟3、比較升降結構的各部分的最大等效應力σmax與升降結構的各部分對應的許用等效應力σeqv,并比較固樁區加強結構的各部分的最大軸向壓縮應力σz與固樁區加強結構的各部分對應的許用屈曲應力σcr,其中,
當升降結構的各部分的最大等效應力σmax均小于升降結構的各部分對應的許用等效應力σeqv,且固樁區加強結構的各部分的最大軸向壓縮應力σz均小于固樁區加強結構的各部分對應的許用屈曲應力σcr時,升降結構的強度合格;反之,升降結構的強度不合格。

2.  如權利要求1的鉆井平臺的升降結構的強度分析方法,其特征在于,升降結構包括升降裝置、鎖緊系統、樁腿圍阱、上部導向裝置和下部導向裝置,其中,
在步驟1中,分別計算升降裝置、鎖緊系統、樁腿圍阱、上部導向裝置和下部導向裝置的許用等效應力σeqv;
在步驟2中,分別計算升降裝置、鎖緊系統、樁腿圍阱、上部導向裝置和下部導向裝置的最大等效應力σmax;
在步驟3中,分別比較升降裝置的最大等效應力σmax與升降裝置的許用等效應力σeqv;鎖緊系統的最大等效應力σmax與鎖緊系統的許用等效應力σeqv;樁腿圍阱的最大等效應力σmax與樁腿圍阱的許用等效應力σeqv;上部導向裝置的最大等效應力σmax與上部導向裝置的許用等效應力σeqv;下部導向裝置的最大等效應力σmax與下部導向裝置的許用等效應力σeqv。

3.  如權利要求2所述的鉆井平臺的升降結構的強度分析方法,其特征 在于,固樁區加強結構包括水平加強架和斜加強架,其中,
在步驟1中,分別計算水平加強架和斜加強架的許用屈曲應力σcr;
在步驟2中,分別計算水平加強架和斜加強架的最大軸向壓縮應力σz;
在步驟3中,分別比較水平加強架的最大軸向壓縮應力σz與水平加強架的許用屈曲應力σcr;斜加強架的最大軸向壓縮應力σz與斜加強架的許用屈曲應力σcr。

4.  如權利要求1的鉆井平臺的升降結構的強度分析方法,其特征在于,升降結構的各部分的許用等效應力σeqv根據以下公式計算得出:
當僅受到靜載荷時,σeqv=0.97Smσy;
當同時受到靜載荷和動載荷時,σeqv=1.25Smσy,
上述公式中σy為材料的屈服強度,Sm為材料比例系數,其中,
材料為普通鋼時,Sm=1.0;
材料為HT32級鋼時,Sm=0.95;
材料為HT36級鋼時,Sm=0.908;
材料為HT40級鋼時,Sm=0.785;
其余情況時,Sm=0.9。

5.  如權利要求4的鉆井平臺的升降結構的強度分析方法,其特征在于,固樁區加強結構的許用屈曲應力σcr根據以下公式計算得出:σcr=Fcr/ F.S.,
Fcr表示為臨界屈曲應力,其中,Fcr由下述兩個公式確定:
KL/r<(2π2Eσy)]]>時,Fcr=σy-(σy24π2E)(KLr)2;]]>
KL/r&GreaterEqual;(2π2Eσy)]]>時,Fcr=π2E/(KLr)2,]]>
F.S.表示為屈曲安全系數,其中,
在僅受到靜載荷時,F.S.由下述兩個公式確定:
KL/r<(2π2Eσy)]]>時,F.S.=1.67[1+0.15KL/r2π2E/σy];]]>
KL/r&GreaterEqual;(2π2Eσy)]]>時,F.S.=1.92,
在同時受到靜載荷和動載荷時,F.S.由下述兩個公式確定:
KL/r<(2π2Eσy)]]>時,F.S.=1.25[1+0.15KL/r2π2E/σy];]]>
KL/r&GreaterEqual;(2π2Eσy)]]>時,F.S.=1.44,
上述各公式中,E為彈性模量,L為無支撐長度,K為長度因數,r為回轉半徑。

6.  如權利要求1-5任意一項所述的鉆井平臺的升降結構的強度分析方法,其特征在于,在步驟2中通過有限元分析軟件分別計算升降結構的各部分最大等效應力σmax,以及固樁區加強結構的各部分的最大軸向壓縮應力σz。

7.  如權利要求6的鉆井平臺的升降結構的強度分析方法,其特征在于,所述有限元分析軟件為Ansys軟件。

8.  如權利要求7的鉆井平臺的升降結構的強度分析方法,其特征在于,步驟2分為以下步驟:
步驟2.1、在Ansys軟件中建立鉆井平臺的模型;
步驟2.2、輸入材料的楊氏模量、泊松比、升降結構的載荷和固樁區加強結構的載荷,并定義邊界條件;
步驟2.3、運行Ansys軟件,得出升降結構的各部分最大等效應力σmax,以及固樁區加強結構的各部分的最大軸向壓縮應力σz。

9.  如權利要求8的鉆井平臺的升降結構的強度分析方法,其特征在于,所述邊界條件定義為鉆井平臺縱艙壁與甲板的連接處。

10.  如權利要求8的鉆井平臺的升降結構的強度分析方法,其特征在于,所述升降結構的載荷包括升降裝置的載荷、鎖緊系統的載荷、樁腿圍阱的載荷、上部導向裝置的載荷和下部導向裝置的載荷。

11.  如權利要求8的鉆井平臺的升降結構的強度分析方法,其特征在于,所述固樁區加強結構的載荷包括水平加強架的載荷和斜加強架的載荷。

12.  如權利要求1-11任意一項所述的鉆井平臺的升降結構的強度分析方法,其特征在于,步驟1和步驟2的順序可以調換。

說明書

說明書鉆井平臺的升降結構的強度分析方法
技術領域
本發明涉及一種鉆井平臺的升降結構的強度分析方法。
背景技術
自升式鉆井平臺主要結構可以分為平臺主體和樁腿兩個部分,升降結構安裝在樁腿和平臺的交接處,用于升降樁腿的升降裝置以及鎖緊系統都安裝在升降結構內。升降結構主要可以分成以下幾個部分:升降裝置、鎖緊系統及下部導向裝置、上部導向裝置、固樁區加強結構和樁腿圍阱。
當自升式鉆井平臺到達作業位置時,將樁腿通過升降裝置下放到海中并最終“站立”在海床上。當樁腿(含樁靴)插到海底時,繼續通過升降裝置將平臺從水面升起0.5~1米,進行預壓載操作。預壓載完成后進一步提升平臺的高度,到達預定的氣隙高度后結束升船。當鉆井平臺完成該井位的工作需要轉移到其他井位工作時,平臺需要降到水面,并收起樁腿,由拖船拖到下一井位繼續工作。在整個下放樁腿、升船、預壓載、鉆井工作、降船、收起樁腿的過程中,平臺的升降結構都承受復雜又巨大的載荷。因此,自升式鉆井平臺升降結構強度分析對平臺生產和人員安全至關重要。然而升降結構強度分析非常困難,主要有以下兩點:
(1)結構復雜。位于樁腿和平臺交接處的升降結構由于需要安裝升降裝置、鎖緊系統及其它控制和監測設備,同時還需要與平臺主船體相連接,因此,在對升降結構強度進行分析時,由于板厚變化多,結構形式多樣且復雜,結構建模的難度較大。
(2)載荷多樣且巨大。自升式鉆井平臺由于需要在多海域多井口之間移動作業,因此,平臺升降、插拔樁作業比較頻繁;同時由于在升降結構中安裝的設備較多,一個升降結構中通常安裝六個獨立的升降裝置,四個垂直方向的液壓千斤頂、四個水平方向的液壓千斤頂,還需要考慮上下導向裝置 受到的載荷;在升降平臺,特別是風暴自持工況時,升降結構需要承受巨大的載荷。因此,在研究自升式鉆井平臺升降結構時,定義載荷難度也很大。
發明內容
本發明要解決的技術問題是為了克服現有技術鉆井平臺的升降結構強度分析困難,分析不準確的缺陷,提供一種鉆井平臺的升降結構的強度分析方法。
本發明是通過下述技術方案來解決上述技術問題:
一種鉆井平臺的升降結構的強度分析方法,其特點在于,其包括以下步驟:
步驟1、分別計算升降結構的各部分的許用等效應力σeqv,以及鉆井平臺的固樁區加強結構的各部分的許用屈曲應力σcr;
步驟2、分別計算升降結構的各部分最大等效應力σmax,以及固樁區加強結構的各部分的最大軸向壓縮應力σz;
步驟3、比較升降結構的各部分的最大等效應力σmax與升降結構的各部分對應的許用等效應力σeqv,并比較固樁區加強結構的各部分的最大軸向壓縮應力σz與固樁區加強結構的各部分對應的許用屈曲應力σcr,其中,
當升降結構的各部分的最大等效應力σmax均小于升降結構的各部分對應的許用等效應力σeqv,且固樁區加強結構的各部分的最大軸向壓縮應力σz均小于固樁區加強結構的各部分對應的許用屈曲應力σcr時,升降結構的強度合格;反之,升降結構的強度不合格。
本發明充分考慮到各部分的不同情況,不僅采用許用等效應力來進行評判,而且引入了許用屈曲應力,對特別部分采用不同的評判,從而全方位無遺漏的對升降結構進行了強度分析,有效保障了安全。
較佳地,升降結構包括升降裝置、鎖緊系統、樁腿圍阱、上部導向裝置和下部導向裝置,其中,
在步驟1中,分別計算升降裝置、鎖緊系統、樁腿圍阱、上部導向裝置 和下部導向裝置的許用等效應力σeqv;
在步驟2中,分別計算升降裝置、鎖緊系統、樁腿圍阱、上部導向裝置和下部導向裝置的最大等效應力σmax;
在步驟3中,分別比較升降裝置的最大等效應力σmax與升降裝置的許用等效應力σeqv;鎖緊系統的最大等效應力σmax與鎖緊系統的許用等效應力σeqv;樁腿圍阱的最大等效應力σmax與樁腿圍阱的許用等效應力σeqv;上部導向裝置的最大等效應力σmax與上部導向裝置的許用等效應力σeqv;下部導向裝置的最大等效應力σmax與下部導向裝置的許用等效應力σeqv。
通過比較之后,不僅能判斷升降結構整體的強度,而且可以發現那一部分的強度存在問題,可以有針對的對相關部分進行改進。
較佳地,固樁區加強結構包括水平加強架和斜加強架,其中,
在步驟1中,分別計算水平加強架和斜加強架的許用屈曲應力σcr;
在步驟2中,分別計算水平加強架和斜加強架的最大軸向壓縮應力σz;
在步驟3中,分別比較水平加強架的最大軸向壓縮應力σz與水平加強架的許用屈曲應力σcr;斜加強架的最大軸向壓縮應力σz與斜加強架的許用屈曲應力σcr。
較佳地,升降結構的各部分的許用等效應力σeqv根據以下公式計算得出:
當僅受到靜載荷時,σeqv=0.97Smσy;
當同時受到靜載荷和動載荷時,σeqv=1.25Smσy,
上述公式中σy為材料的屈服強度,每種材料的屈服強度σy是固定的,所以可以通過查閱資料或者手冊,唯一的確定材料的屈服強度σy。Sm為材料比例系數,其中,
材料為普通鋼時,Sm=1.0;
材料為HT32級鋼時,Sm=0.95;
材料為HT36級鋼時,Sm=0.908;
材料為HT40級鋼時,Sm=0.785;
其余情況時,Sm=0.9。
較佳地,固樁區加強結構的許用屈曲應力σcr根據以下公式計算得出:σcr=Fcr/ F.S.,
Fcr表示為臨界屈曲應力,其中,Fcr由下述兩個公式確定:
KL/r<(2π2Eσy)]]>時,Fcr=σy-(σy24π2E)(KLr)2;]]>
KL/r&GreaterEqual;(2π2Eσy)]]>時,Fcr=π2E/(KLr)2,]]>
F.S.表示為屈曲安全系數,其中,
在僅受到靜載荷時,F.S.由下述兩個公式確定:
KL/r<(2π2Eσy)]]>時,F.S.=1.67[1+0.15KL/r2π2E/σy];]]>
KL/r&GreaterEqual;(2π2Eσy)]]>時,F.S.=1.92,
在同時受到靜載荷和動載荷時,F.S.由下述兩個公式確定:
KL/r<(2π2Eσy)]]>時,F.S.=1.25[1+0.15KL/r2π2E/σy];]]>
KL/r&GreaterEqual;(2π2Eσy)]]>時,F.S.=1.44,
上述各公式中,E為彈性模量,L為無支撐長度,K為長度因數,r為回轉半徑。彈性模量E,無支撐長度L,長度因數K,回轉半徑r均為本領域的常用參數,彈性模量E可以根據材料的類型在相關手冊或資料上查到,無支撐長度L,長度因數K,回轉半徑r均為結構的參數,可以從相關圖紙得到或者直接測得。
較佳地,在步驟2中通過有限元分析軟件分別計算升降結構的各部分最大等效應力σmax,以及固樁區加強結構的各部分的最大軸向壓縮應力σz。本發明通過利用了有限元分析軟件,能夠以圖形的形式直觀反映結構的應力分布情況,便于觀察應力分布的趨勢,對局部加強和設計優化具有指導意義。
較佳地,所述有限元分析軟件為Ansys軟件。Ansys為現有的常用有限元分析軟件,其使用方法也是本領域技術熟知的。
較佳地,步驟2分為以下步驟:
步驟2.1、在Ansys軟件中建立鉆井平臺的模型;本領域技術人員可以根據鉆井平臺的實際結構建立出合適的模型,這是本領域熟知的技術。
步驟2.2、輸入材料的楊氏模量、泊松比、升降結構的載荷和固樁區加強結構的載荷,并定義邊界條件;
步驟2.3、運行Ansys軟件,得出升降結構的各部分最大等效應力σmax,以及固樁區加強結構的各部分的最大軸向壓縮應力σz。
較佳地,所述邊界條件定義為鉆井平臺縱艙壁與甲板的連接處。
較佳地,所述升降結構的載荷包括升降裝置的載荷、鎖緊系統的載荷、樁腿圍阱的載荷、上部導向裝置的載荷和下部導向裝置的載荷。各部分在不同情況下的載荷差異很大,若均進行計算工作量很大。在確定載荷工況時可以根據各個區域的不同,分別定義載荷工況。升降裝置共有兩個工況,升平臺的預壓載荷工況及降平臺的預壓載荷工況,升降裝置的載荷由預壓載荷力、交流電機的重量和傳遞的扭矩組成;鎖緊系統共有8個螺旋千斤頂,可以分為升船工況、降船工況和對角工況,每個工況用到的螺旋千斤頂都不同;作用在上部和下部導向裝置上的載荷主要來自樁腿的支反力,在考慮樁腿支反力的時候,分別取每節弦桿中點(halfway a bay)以及K形節點(K-joint)兩個位置的支反力就可以反應上部和下部導向裝置上的載荷;對于樁腿圍阱和固樁區加強結構的載荷工況,只要取該結構處在最危險情況下的載荷工況就可以了,如此選取可以有效簡化計算。
較佳地,所述固樁區加強結構的載荷包括水平加強架的載荷和斜加強架的載荷。在有限元軟件中建模,主要使用的是板單元和梁單元,網格尺寸主要為50×50mm。由于樁腿結構是三角形對稱的,所以認為前部固樁區的結果可以代表其余固樁區的情況,所以建模計算只要考慮建一個有限元模型即可。
較佳地,步驟1和步驟2的順序可以調換。實際運用過程中,步驟1和步驟2也可以進行調換,不會對分析結果產生明顯的影響。
本發明中,上述優選條件在符合本領域常識的基礎上可任意組合,即得本發明的各較佳實施例。
本發明的積極進步效果在于:(1)本發明的鉆井平臺的升降結構的強度分析方法,能夠普遍適用于各種類型的自升式鉆井平臺升降結構強度校核,滿足對自升式鉆井平臺結構強度計算的要求,并且經過了實際工程的驗證和檢驗,滿足工程實際要求。
(2)本發明的鉆井平臺的升降結構的強度分析方法,考慮升降結構最苛刻的受載情況,能夠確保結構在實際工作過程中的安全性。
(3)本發明的鉆井平臺的升降結構的強度分析方法,不僅能夠分析結構的應力分布情況,還考慮到了整體結構的屈曲強度,能夠直觀的反應固樁區加強結構的抗屈曲能力。
附圖說明
圖1為本發明較佳實施例的鉆井平臺升降結構的強度分析方法流程圖。
圖2為為本發明較佳實施例的鎖定系統結構示意圖。
具體實施方式
下面舉出較佳實施例,并結合附圖來更清楚完整地說明本發明。
如圖1所示,本實施例為一種鉆井平臺的升降結構的強度分析方法,其包括以下步驟:
步驟101、分別計算升降結構的各部分的許用等效應力σeqv,以及鉆井平臺的固樁區加強結構的各部分的許用屈曲應力σcr;
步驟102、分別計算升降結構的各部分最大等效應力σmax,以及固樁區加強結構的各部分的最大軸向壓縮應力σz;
步驟103、比較升降結構的各部分的最大等效應力σmax與升降結構的各部分對應的許用等效應力σeqv,并比較固樁區加強結構的各部分的最大軸向壓縮應力σz與固樁區加強結構的各部分對應的許用屈曲應力σcr,其中,
當升降結構的各部分的最大等效應力σmax均小于升降結構的各部分對應的許用等效應力σeqv,且固樁區加強結構的各部分的最大軸向壓縮應力σz均小于固樁區加強結構的各部分對應的許用屈曲應力σcr時,升降結構的強度合格;反之,升降結構的強度不合格。
本實施例的升降結構包括升降裝置、鎖緊系統、樁腿圍阱、上部導向裝置和下部導向裝置,其中,
在步驟101中,分別計算升降裝置、鎖緊系統、樁腿圍阱、上部導向裝置和下部導向裝置的許用等效應力σeqv;
在步驟102中,分別計算升降裝置、鎖緊系統、樁腿圍阱、上部導向裝置和下部導向裝置的最大等效應力σmax;
在步驟103中,分別比較升降裝置的最大等效應力σmax與升降裝置的許用等效應力σeqv;鎖緊系統的最大等效應力σmax與鎖緊系統的許用等效應力σeqv;樁腿圍阱的最大等效應力σmax與樁腿圍阱的許用等效應力σeqv;上部導向裝置的最大等效應力σmax與上部導向裝置的許用等效應力σeqv;下部導向裝置的最大等效應力σmax與下部導向裝置的許用等效應力σeqv。
通過比較之后,不僅能判斷升降結構整體的強度,而且可以發現那一部分的強度存在問題,可以有針對的對相關部分進行改進。
本實施例中,固樁區加強結構包括水平加強架和斜加強架,其中,
在步驟101中,分別計算水平加強架和斜加強架的許用屈曲應力σcr;
在步驟102中,分別計算水平加強架和斜加強架的最大軸向壓縮應力σz;
在步驟103中,分別比較水平加強架的最大軸向壓縮應力σz與水平加強架的許用屈曲應力σcr;斜加強架的最大軸向壓縮應力σz與斜加強架的許用屈曲應力σcr。
本實施例中,升降結構的各部分的許用等效應力σeqv根據以下公式計算得出:
當僅受到靜載荷時,σeqv=0.97Smσy;
當同時受到靜載荷和動載荷時,σeqv=1.25Smσy,
上述公式中σy為材料的屈服強度,每種材料的屈服強度σy是固定的,所以可以通過查閱資料或者手冊,唯一的確定材料的屈服強度σy。Sm為材料比例系數,其中,
材料為普通鋼時,Sm=1.0;
材料為HT32級鋼時,Sm=0.95;
材料為HT36級鋼時,Sm=0.908;
材料為HT40級鋼時,Sm=0.785;
其余情況時,Sm=0.9。
固樁區加強結構的許用屈曲應力σcr根據以下公式計算得出:σcr=Fcr/ F.S.,
Fcr表示為臨界屈曲應力,其中,Fcr由下述兩個公式確定:
KL/r<(2π2Eσy)]]>時,Fcr=σy-(σy24π2E)(KLr)2;]]>
KL/r&GreaterEqual;(2π2Eσy)]]>時,Fcr=π2E/(KLr)2,]]>
F.S.表示為屈曲安全系數,其中,
在僅受到靜載荷時,F.S.由下述兩個公式確定:
KL/r<(2π2Eσy)]]>時,F.S.=1.67[1+0.15KL/r2π2E/σy];]]>
KL/r&GreaterEqual;(2π2Eσy)]]>時,F.S.=1.92,
在同時受到靜載荷和動載荷時,F.S.由下述兩個公式確定:
KL/r<(2π2Eσy)]]>時,F.S.=1.25[1+0.15KL/r2π2E/σy];]]>
KL/r&GreaterEqual;(2π2Eσy)]]>時,F.S.=1.44,
上述各公式中,E為彈性模量,L為無支撐長度,K為長度因數,r為回轉半徑。彈性模量E,無支撐長度L,長度因數K,回轉半徑r均為本領域的常用參數,彈性模量E可以根據材料的類型在相關手冊或資料上查到,無支撐長度L,長度因數K,回轉半徑r均為鉆井平臺結構領域的常規參數, 技術人員可以從產品設計圖紙得到或者直接測得。本實施例結構的主要材料為EH36鋼,局部加強結構選擇EQ47鋼,在工程分析中,尤其是有限元分析中,都可以認為鋼材的楊氏模量為206800MPa,泊松比為0.3,該值在有限元分析中被普遍認可的。
在步驟2中通過有限元分析軟件分別計算升降結構的各部分最大等效應力σmax,以及固樁區加強結構的各部分的最大軸向壓縮應力σz。本發明通過利用了有限元分析軟件,能夠以圖形的形式直觀反映結構的應力分布情況,便于觀察應力分布的趨勢,對局部加強和設計優化具有指導意義。
所述有限元分析軟件為Ansys軟件。Ansys為現有的常用有限元分析軟件,其使用方法也是本領域技術熟知的。
步驟2分為以下步驟:
步驟2.1、在Ansys軟件中建立鉆井平臺的模型;本領域技術人員可以根據鉆井平臺的實際結構建立出合適的模型,這是本領域熟知的技術。
步驟2.2、輸入材料的楊氏模量、泊松比、升降結構的載荷和固樁區加強結構的載荷,并定義邊界條件;
步驟2.3、運行Ansys軟件,得出升降結構的各部分最大等效應力σmax,以及固樁區加強結構的各部分的最大軸向壓縮應力σz。
所述邊界條件定義為鉆井平臺縱艙壁與甲板的連接處。
所述升降結構的載荷包括升降裝置的載荷、鎖緊系統的載荷、樁腿圍阱的載荷、上部導向裝置的載荷和下部導向裝置的載荷。各部分在不同情況下的載荷差異很大,若均進行計算工作量很大。在確定載荷工況時可以根據各個區域的不同,分別定義載荷工況。升降裝置共有兩個工況,升平臺的預壓載荷工況及降平臺的預壓載荷工況,升降裝置的載荷由預壓載荷力、交流電機的重量和傳遞的扭矩組成;鎖緊系統共有8個螺旋千斤頂,可以分為升船工況、降船工況和對角工況,每個工況用到的螺旋千斤頂都不同;作用在上部和下部導向裝置上的載荷主要來自樁腿的支反力,在考慮樁腿支反力的時候,分別取每節弦桿中點(halfway a bay)以及K形節點(K-joint)兩個位 置的支反力就可以反應上部和下部導向裝置上的載荷;對于樁腿圍阱和固樁區加強結構的載荷工況,只要取該結構處在最危險情況下的載荷工況就可以了,如此選取可以有效簡化計算。
在確定升降裝置的負荷時,需要考慮到多種負荷,包括:常規起升負荷、預壓載升降負荷、靜態支持負荷、風暴自持能力等。這些都是可以從升降裝置的廠商那獲得相關參數。
表一升降系統載荷表
載荷大小預壓載荷力±6460KN/齒減速齒輪箱重力133KN交流電機扭矩±2160KN*m
具體如表一所示,技術人員可以根據升降裝置的廠商提供的相關載荷表計算。另外,本實施例采用6組升降裝置,所以總的預壓載荷力等于6460×6KN。
本實施例的鎖緊系統共有8個螺旋千斤頂,4個水平螺旋千斤頂(圖2中標記為水平螺旋千斤頂31、水平螺旋千斤頂32、水平螺旋千斤頂33和水平螺旋千斤頂34)的工作載荷是24908.8KN,而4個垂直螺旋千斤頂(圖2中標記為垂直螺旋千斤頂21、垂直螺旋千斤頂22、垂直螺旋千斤頂23和垂直螺旋千斤頂24)的工作載荷是35584KN。鎖緊系統的載荷工況如下表所示。實際運算中,只要選取最危險情況下的載荷。
表二、鎖緊系統載荷工況表
載荷工況承載的螺旋千斤頂標號升船工況21,22,31,33降船工況23,24,32,34對角工況21,31,24,34
本實施例的樁腿支反力如下表所示:
表三、樁腿支反力表
樁腿位置支反力每節弦桿中點12600KNK形節點11600KN
得出上述的各輸入參數之后,還需要定義邊界條件。在建完有限元模型并且定義完載荷工況之后,進行有限元計算之前,還需要定義邊界條件。在有限元模型的縱艙壁與甲板連接處,分別從X、Y、Z方向定義了零位移約束。本發明的主要研究對象是升降結構的強度,在有限元建模分析中,為了減少建模的工作量,只建一部分的船體模型,在船體模型的邊界處定義零位移約束來體現該位置受所連接船體結構的約束。
所述固樁區加強結構的載荷包括水平加強架的載荷和斜加強架的載荷。在有限元軟件中建模,主要使用的是板單元和梁單元,網格尺寸主要為50×50mm。由于樁腿結構是三角形對稱的,所以認為前部固樁區的結果可以代表其余固樁區的情況,所以建模計算只要考慮建一個有限元模型即可。
最后,通過有限元分析軟件計算后,與之前算出的許用等效應力以及許用屈曲應力進行比較,結果如下表所示:
表四、升降結構的許用等效應力與最大等效應力對照表


表五、固樁區加強結構的許用屈曲應力與最大軸向壓縮應力對照表

上述兩表中,引入了安全系數Sn(最大等效應力與許用等效應力的比值,或者最大軸向壓縮應力與許用屈曲應力的比值)。通過Sn的數值可以直觀表示升降結構的強度是否合格。當Sn全部小于1的時候,升降結構強度合格。當Sn中有一項大于等于1,則表示升降結構不合格,需要重新設計該部分。
雖然以上描述了本發明的具體實施方式,但是本領域的技術人員應當理解,這些僅是舉例說明,本發明的保護范圍是由所附權利要求書限定的。本領域的技術人員在不背離本發明的原理和實質的前提下,可以對這些實施方式做出多種變更或修改,但這些變更和修改均落入本發明的保護范圍。

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