PL19-3 SYMS组块运输载荷工况下结构强度有限元分析.docVIP

PL19-3 SYMS组块运输载荷工况下结构强度分析 秦立成 汪莉 江锦 （海洋石油工程股份有限公司 安装公司） 本文采用ANSYS软件对 PL19-3 SYMS组块在运输载荷工况下进行结构强度分析，得出了，。 SYMS 组块 有限元方法 1 概况 我国的渤海地区有丰富的油资源，19-3为储量6亿吨 PL19-3 FPSO采用SYMS系泊系统，单点上部组块重达2800多吨，建造结束，需要装船运输，运输过程中的安全可通过对运输船的配载、稳性计算以及运动分析计算校核来保证，确保被运输结构物在复杂的载荷组合工况下不被破坏。以往我们在进行海洋结构物运输时采用海洋工程专业软件SACS进行分析，得出结构物的位移、名义应力、冲剪应力等参数，确保这些参数满足规范要求。PL19-3 SYMS组块是由大量的梁、板组合而成的不规则的复杂结构。由于SACS软件只能将结构模拟为细长杆件单元，对于板单元的模拟效果不是很好，因此如果按照传统方法采用SACS软件分析，有部分结构就无法模拟，从而不能合理的模拟出结构的力学模型，同时，使SYMS组块部分结构满足不了在运输载荷工况下的规范要求，这与实际情况也是不相符的。因此我们利用通用有限元软件ANSYS进行了PL19-3 单点SYMS组块运输载荷工况下结构强度分析，由于ANSYS软件中含有180多种单元，几乎能满足模拟所有工程的要求，并能对梁板结构进行很好的耦合，因此，利用ANSYS软件更能合理有效的对PL19-3 SYMS组块进行运输载荷工况下结构强度分析。 2 运输载荷工况 采用滨海308船（载重量15000吨）运输PL19-3 SYMS组块、YOKE1和YOKE 2，由赤湾胜宝旺场地运输到PL19-3油田现场，在运输过程中船舶受到风、波浪和海流的共同作用，将产生六个自由度的运动，即横摇、纵摇、首摇、升沉（起伏）、纵荡和横荡，在随机载荷作用下这种运动将是一种六自由度的耦合运动。此时船体上部的结构物将随驳船一起运动，运动时惯性力将会作用在SYMS组块结构上，此时SYMS组块结构必需承受住惯性力的作用，否则SYMS组块局部结构在过载的工况下将受到破坏。 图1 滨海308运输组块示意图 图2 滨海308运输组块示意图 根据DNV规范运输工况取值：当驳船L≥76m B≥23m时，运动周期为10s、横摇为200、纵倾为12.50、升沉加速度为1.96m/s2。 考虑到ANSYS软件加载不像SACS能自动加载，因此把载荷分为3种基本的载荷工况： 1）结构物本身的自重产生的载荷，沿坐标系Z轴方向，即LS1； 2）横向载荷，由于船体最大横摇和最大横荡产生，得出横向加速度为0.342g，由于横摇最大角度为200，于是角加速度为7.90/s2（200×4×3.142/100），转动角加速度为0.1378rad/s2，即LS2； 3）纵向载荷，由于船体最大纵摇和最大纵荡产生，得出纵向加速度为0.216g，转动加速度为0.0861rad/s2，即LS3。 由于运动是一种耦合的运动，因此需要对它们进行工况组合，升沉、横摇和纵荡等进行最不利工况的组合（表2-1），组合后的工况分别为LS07～LS14, 根据组合的工况情况分别将这些载荷工况施加到有限元模型中，结构的屈服应力（）为345MPa，许用应力（0.8）为276MPa，由式2-1得出结构受力后的UC值。组块结构的实际应力采用Von mises应力，此应力为综合应力，表达式为2-2。 ………………………..……………………………………………..2-1 ………………………..…………………..2-2 表2-1 载荷工况组合 载荷工况 工况组合 LS01 LS02 LS03 LS07 +升沉+横摇 +1.20 +1.0 — LS08 +升沉-横摇 +1.20 -1.0 — LS09 +升沉+纵摇 +1.20 — +1.0 LS10 +升沉-纵摇 +1.20 — -1.0 LS11 -升沉+横摇 +0.8 +1.0 — LS12 -升沉-横摇 +0.8 -1.0 — LS13 -升沉+纵摇 +0.8 — +1.0 LS14 -升沉-纵摇 +0.8 — -1.0 3 单点组块有限元模型 3.1 有限元模型特性 根据有限元基本理论选取合适单元建立了PL19-3 SYMS组块有限元模型（组块模型如图3所示），在建模过程中梁结构采用BEAM4单元，管状结构采用PIPE16单元，薄板采用SHELL63单元。在进行组块建立模型时，其组成构件分为主要构件和次要构件。 主要构件包括主要支撑结构、各层面上的板、平台吊机和软管通道板等，它们对组块的整体结构起到主要作用，影响整体变形和整体应力场的分布，