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原文传递海上超大型浮式结构物总体及局部强度直接计算方法研究

论文题名：	海上超大型浮式结构物总体及局部强度直接计算方法研究
关键词：	海上超大型浮式结构物;直接计算方法;强度评估
摘要：	海上超大型浮式结构物（Very Large Floating Structure，VLFS）是由若干个与半潜平台相似的浮体通过连接器相连而成的一种新型海上结构物。海上超大型浮式结构物可以用作海上飞机场、浮动基地和海上港口等，是目前海洋工程界的热点之一。国内对于此结构的研究尚处于解决基础性关键技术问题的阶段，因此急需要一套针对超大浮体强度的直接计算方法。　　本文以某超大浮体概念设计的单模块为研究对象。首先采用大型通用有限元软件ANSYS/ASAS-AQWA进行波浪载荷的预报和总体强度评估，确定其结构响应热点区域，并对结构响应热点区域进行结构改进和加强；然后分别采用ANSYS/ASAS-AQWA和挪威船级社软件 SESAM对结构改进后的超大浮体进行总体强度评估，并比较两种软件得到的强度计算结果；最后基于ANSYS对结构改进后的超大浮体响应热点区域的局部强度进行分析；最终形成一套适用于超大浮体强度分析的直接计算方法。主要研究内容及结论如下：　　（1）基于ANSYS/AQWA的超大浮体直接计算方法。首先采用设计波方法，结合有限元分析软件ANSYS/AQWA和ABS规范计算了超大浮体水动力响应和波浪载荷。然后调用ASAS模块采用直接计算方法进行典型危险波浪载荷条件下的超大浮体总体强度有限元分析。分析结果表明超大浮体的三处连接部位（横撑与下浮体连接处，立柱与上箱体连接处，立柱与下浮体连接处）出现了较大的应力集中，其中横撑与下浮体连接处总体强度应力最大，立柱与上箱体连接处次之。　　（2）基于ANSYS/AQWA的超大浮体结构改进后的总体强度评估。根据超大浮体总体强度分析结果，对应力较大部位的横撑与下浮体连接处进行结构改进，在横撑端部采用喇叭口逐渐过渡的形式与下浮体外表面连接。然后基于ANSYS/AQWA对结构改进后的超大浮体进行总体强度分析。由结构改进后的总体强度分析结果可知，通过结构的改进，横撑与下浮体连接处的Von Mises应力普遍下降，最大应力值下降了31％。结果说明横撑结构的改进和加强对降低应力来说是非常有效的。　　（3）基于SESAM的超大浮体直接计算方法。采用SESAM软件预报超大浮体在自存工况下的波浪载荷，采用直接计算方法进行超大浮体结构改进后的总体强度分析。结果表明：在超大浮体的三处连接部位（横撑与下浮体连接处，立柱与上箱体连接处，立柱与下浮体连接处）依然出现了较大的应力集中，最大应力依旧出现在横撑与下浮体的连接部位。　　（4）基于ANSYS/AQWA和SESAM的超大浮体结构改进后总体强度分析结果比较。研究表明：在相同设计海况下，ANSYS/AQWA和SESAM分析得到的结构响应热点区域相一致，热点区域同样都为超大浮体的三处连接部位，即横撑与下浮体连接处，立柱与上箱体连接处，立柱与下浮体连接处。最大应力都出现在横撑与下浮体的连接部位。并且采用SESAM分析所得结果较采用ANSYS/AQWA的结果在数值上有所下降。　　（5）基于ANSYS的超大浮体关键节点局部强度分析。建立关键节点局部有限元模型，将总体强度的位移作为边界条件加载到子模型上，从而计算关键节点的局部强度应力。局部强度结果表明，三个关键节点的局部强度Von Mises应力较总体强度都有所增加。其中横撑与下浮体的连接部位局部应力依然最大，此部位是今后疲劳强度分析的热点，需要后续重点研究。
作者：	曹剑锋
专业：	船舶与海洋结构物设计制造
导师：	李良碧
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏科技大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文