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双体坐底式风电吊装平台结构强度分析
| 论文题名： | 双体坐底式风电吊装平台结构强度分析 |
| 关键词： | 潮间带风电;坐底式吊装平台;结构强度;有限元分析 |
| 摘要： | 沿海潮间带滩涂区域,涨潮时海水淹没,落潮后露滩,主要用于海水养殖和通航,其利用价值较低;但潮间带区域风能资源丰富、储量巨大,并且地势平坦,具备开发沿海风能的资源条件。基于潮间带滩涂区域水深较浅、淤泥质地基承载力弱,常规自升式风电安装船/平台因吃水限制,无法进入该区域作业,其地形条件及水文特点给工程带来了很大的难度。在潮间带滩涂地区实施风电开发,需要研制专用的风电场工程船/平台,故开展对潮间带风电吊装船/平台的研究具有一定的理论价值与实际意义。 本文以一新型潮间带双体坐底式风电吊装作业平台作为研究对象,提出了平台基本方案,对平台主体结构进行规范设计;并基于规范计算了极端环境载荷作用下、片体坐底面积丧失20％情况下、不利的受力状态下平台的坐底稳性。 根据平台工作要求和布置情况,估算平台的重力及功能载荷,确定了空平台重量以及包括作业载荷在内的可变载荷。分别计算平台在最大吃水坐底时正常作业工况及自存工况下的风载荷、流载荷、波浪载荷等环境载荷以及海床支持力。其中,风载荷及流载荷基于规范直接计算确定;在计算波浪载荷时,采用设计波方法基于斯托克斯波理论和线性波理论分别进行计算,最终确定平台的波浪载荷。 运用MSC.Patran/Nastran软件建立平台结构的有限元模型,选取满载静载状态、半潜漂浮作业、水中坐底作业、完全退潮时坐底作业以及风暴条件下坐底自存、坐底面积丧失情况下自存等23种典型工况,分别施加载荷及边界条件,采用有限元直接计算的方法对平台体结构的屈服强度进行分析。计算结果表明,平台在相应作业载荷及环境载荷作用下,其正常作业和自存工况下的应力均小于相应材料的许用应力,平台体结构满足规范要求的结构强度。 应力结果表明,作业状态下,高应力区域主要集中在起重机所在处上壳体外板和舱壁;特别是当起重机位于平台驾驶室上方作业时,履带前轮处上壳体外板应力水平较高。坐底自存时,立柱与上壳体连接处内侧立柱外板应力较大。在任何工况下,片体机舱和发电机舱底部纵横舱壁交接处应力始终较大。设计时,对以上高应力区域应特别考虑。比较了5种坐底面积损失情况下、起重机在面积损失区域正上方位置作业时,结果表明,立柱正下方出现坐底面积损失时,平台较危险;当损失的面积处于立柱外围边界区域时,平台仍是安全的。 本文的研究成果及得出的一些结论可为该平台的结构设计提供参考,其研究方法可为同类型平台的开发与研究提供借鉴。 |
| 作者： | 覃廖开 |
| 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： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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