天津大学仁爱学院 天津 301636
摘要：海洋平台作为海洋资源开采的重要结构物，受到不同荷载的影响，其结构安全问题不容小觑。因此，要根据结构强度特点，将其设计、校核、检验等环节不断强化，反复验证以保证安全。基于此，本文利用大型有限元软件ANSYS对海洋工程结构物进行强度分析，并对方法进行探讨。
关键词：海洋平台；强度分析；有限元
1.前言
伴随着经济发展，我国对能源需求与日俱增。海洋油气资源蕴藏丰厚，是目前乃至未来我国重要的能源开发领域。海洋平台作为重要的海洋油气开发结构物，其设计建造的过程相当复杂，耗费时间长、技术难度大、花费成本高，且海洋环境多变，导致平台结构工作环境与陆上相差甚大，对结构的强度及稳定性提出了较高的要求。
2.分析方法
海洋平台结构复杂，需要根据平台作业海域的环境条件、海底土壤特性、使用要求、建造工艺和维护费用及业主要求等因素进行设计，单一结构计算校核不足以涵盖全部设计内容。常使用规范设计法进行结构的初步设计：确定板架结构、构件尺寸、桩腿形式等。然后进行有限元计算，整体分析结构的强度，找寻应力最大处，分析是否满足材料极限状态，进一步进行结构的加强或优化。通常将平台结构强度分析方法分为两种：设计波法和设计谱法。
2.1设计波法
设计波法是以50年一遇的规则波作为设计波，计算作业在平台上的载荷及载荷作用下的构件应力，并根据规范进行强度校核平台的结构安全性。
2.2设计谱法
设计谱法考虑了实际海面的随机性和不规则性。将波浪使用能量谱来描述，反映波浪的统计特性，按照概率论的谱分析方法，可以得到平台在不规则波中的结构响应。此方法是在现行叠加原理的假定下，把平台在不规则波中的响应看作是由各个规则成分波所引起的响应的总和。
平台强度分析中，除了计算方法，还有合理建立结构的力学模型问题。计算模型需模拟出实际结构的工作状态及对应环境条件。对于导管架平台可看做由管状结构组成的空间梁系力学模型；对于自升式平台的船体部分和半潜式平台的甲板部分，为了计算更为精确，通常将其理想化为空间板梁组合模型。
3.算例
使用大型有限元分析软件ANSYS对某平台整体建立有限元模型，对其进行强度分析，并根据计算结果给出意见和建议。根据惯例做法，桩腿的强度另行建模计算，这里仅以风暴自存工况风浪入射角度0°情况对自升式平台主船体的整体强度进行分析。
3.1工况环境条件及载荷
图2 船体的约束
3.3.2模型约束
根据规范要求，选择泥面以下3米处进行铰支。平台主体与桩腿采用耦合的方式进行。其中平台的上导向和下导向处主要约束的是桩腿与平台主体水平相对位移，因此选择桩腿上的相应位置与其进行X方向和Y方向位移的耦合，即UX、UY；齿轮主要约束桩腿的垂向相对位移，将齿轮所在位置和桩腿的相应位置进行耦合。如图2。
3.3.3计算结果及分析
加载固定载荷、可变载荷及环境载荷至模型，进行计算求解，如图3、图4所示。
4.结论
海洋工程结构物在设计、施工建造、检验等过程中，都要对其结构的强度进行合理分析，且将结构的强度和承载能力作为关键的质量标准。使用专业有效的方法，依照规范要求，对其展开分析工作，将结果进行多次核实与反复校验，以确定其与实际工程相互符合，且可以从结构或算法进行合理的改进和优化，促进我国海洋工程事业的稳健发展。
参考文献：
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[2]徐志毅，陈波，张勇.海洋导管架平台结构极限强度分析方法[J].中国海洋平台，2018，33（01）：79-84.
[3]李润培，王志农编著.海洋平台强度分析[M].上海交通大学出版社，1992.
论文作者:宋琳,张智,余凯鸿,金亮,金玥
论文发表刊物:《基层建设》2019年第19期
论文发表时间:2019/9/20
标签：结构论文; 强度论文; 平台论文; 载荷论文; 海洋论文; 方法论文; 模型论文; 《基层建设》2019年第19期论文;