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海上风机一体化运输安装船船体结构强度分析及优化
| 论文题名： | 海上风机一体化运输安装船船体结构强度分析及优化 |
| 关键词： | 运输安装船;结构优化;船体结构;载荷调整 |
| 摘要： | 近年来，为应对能源危机问题，各国都在积极地发展风力发电，大力开展海上风电场的建设。作为能源消耗大国，大力发展海上风电是我国的一项重要举措。风电运输安装船是建设海上风电场的关键设备。新型的风电一体化运输安装船是一种全新的海洋工程船舶，与起重船和自升式分体安装平台不同，该船集风机的整体运输、安装于一体，无需其它船舶配合，可高效高精度地完成风机的整体运输和吊装工作，减少了海上作业时间，降低了安全风险。风机一体化运输、安装已成为了未来风电安装船的发展的趋势之一。 本文对一艘能够同时运输、安装4台6MW风机的风电一体化运输安装船进行了研究，完成了总体设计和结构设计。考虑到风机整机重量较大，作用力为集中载荷，且需要在船舶甲板上进行纵向移动，因此船舶的结构强度是研究的重点。主要工作和研究成果如下： (1)根据船舶的功能需求，提出了该型船的概念设计方案，完成了型线和总布置设计工作及载荷调整方案，并在此基础上进行了船体结构的规范设计。 (2)作为一种全新的海洋工程船型，风电一体化运输安装船没有直接的设计规范。本文参考了《CCS船舶结构强度直接计算指南》及其他相关文献，总结了该船型建模规则、载荷计算方法、设计波参数确定方法、边界条件选取方法及许用应力要求，形成了一套针对风电一体化运输安装船的整船强度直接计算的方法。 (3)基于设计波法对波浪载荷进行了预报。通过SESAM PatranPre建立面元模型和质量模型，利用 SESAM软件计算了八种工况下船舯剖面垂向波浪弯矩的传递函数。从偏安全的角度出发，选取北大西洋海域的海况进行载荷预报，利用 SESAM软件中的HydroD模块，选择Pierson-Moskowitz谱，结合Weibull分布拟合长期预报方法，对船舶的波浪载荷进行了预报。 (4)对船体全船强度进行了分析。利用PCL语言和FEM场的功能，读取水动载荷的结果，利用线性外插法将水动载荷映射施加到船舶有限元模型上。计算结果表明，本船的航行工况下高应力水平的区域主要集中在风机底座下方，在起重工况下的高应力水平区域集中在尾部风机起重桁架附近和风机底座下方。造成这一结果的原因是由于风机重量较大。 (5)对于风机底座附近承载和应力较大区域的船舶结构，利用 MSC.Patran/Nastran的Optimize功能，选定了合适的变量，以结构的合成应力不超过许用应力作为约束条件，以总量最轻为优化目标进行了尺寸优化。对优化后的整船模型进行了满载出港迎浪工况下的强度分析。优化结果表明，改变结构件的尺寸可以非常有效地降低结构应力水平，减轻结构重量。 |
| 作者： | 付敬杰 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 姚震球 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏科技大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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