自升式移动平台结构动力响应研究.pdf

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1、第26卷第3期2011年6月中国海洋平台CHlNAoFFSH()REPLATF()RMV01．26NO．3Jun．。20ll文章编号：1001-4500(2011)03-0012—05自升式移动平台结构动力响应研究李红涛(中国船级社海工审图中心，天津300457)摘要：介绍了白升式移动平台动力响应模型建模的关键技术。并详细论述了动力响应求解的3种方法，单自由度方法、频域分析方法和时域分析方法；并以某桁架式桩腿自升式平台为例，计算运动惯性力及动力放大系数，对3种方法计算结果进行了比较。关键词：自升式移动平台；动力响应；惯性力；

2、动力放大系数中图分类号：P752文献标识码：AStudyonStructureDynamicResponseAnalysisofJack—upUnitsLIHong—tao(OffshoreEngineeringPlanApprovalCenterofCCS，Tianjin300457，China)Abstract：ThekeytechniqueofdynamicAnalysismodelingforjack—upunitsisintro-ducedanddynamicresponseanalysismethodsinclu

3、dingSDOFapproach，frequencydomainandtimedomainapproacharedetailedinthispaper．Asanexample，ajack—upwithlatticelegsisanalyzedbyFEAmethod．InertialforcesandDAFarecalculatedandcomparedamongthethreeapproaches．Keywords：jack—upunits；dynamicresponse；inertialforce；dynamicampli

4、ficationfactor0引言自升式钻井平台作为一种重要的海上移动平台，在海洋石油开发中被广泛应用。随着油气开采向深海发展，自升式移动平台的作业水深不断加大，其柔性也越来越大，易与波浪中的某些频率发生共振。自升式平台作为一种动力敏感性结构，随水深的增加，动力效应越来越明显[1’2]。CCS的《海上移动平台入级与建造规范》中明确规定，当作业水深超过100m时，自升式平台设计应考虑波浪的动力效应。自升式移动平台结构强度设计时，为考虑动力效应，一般分两步分析：(1)惯性力的计算。通过对动力响应模型的分析求解，得到平台在波浪作用

5、下的动力响应，即运动惯性力；(2)平台结构强度分析。将得到的平台惯性载荷与其它载荷施加到详细的静力有限元模型上，对平台结构强度进行分析校核。本文根据自升式移动平台的结构特点，介绍了平台动力响应模型建模的关键技术，并详细论述了动力响应求解的几种方法，单自由度方法、频域分析方法和时域分析方法，最后以某桁架式桩腿自升式平台为例，计算其动力响应，得出运动惯性力，并对3种方法计算结果进行了比较。收稿日期：2010—05—19作者简介：李红涛(1976一)，男，博士，从事海洋工程结构设计与研究工作。第3期李红涛自升式移动平台结构动力响应

6、研究1动力响应模型为求解平台在波浪作用下的动力响应，一般应建立动力响应模型。相对静力有限元模型，动力模型因无需分析结构强度，可适当简化，但应保证模型刚度、质量分布、阻尼及载荷与实际条件一致。1．1模型刚度1．1．1桩腿刚度动力响应模型中，桁架式桩腿一般采用相当刚度的梁进行模拟，此梁的刚度应与实际桩腿一致，包括：(1)截面面积；(2)截面惯性矩；(3)剪切面积；(4)扭转惯性矩。具体转换关系可参见文献[-4-1。1．1．2船体刚度动力响应分析因不考虑船体强度，且船体刚度对整个平台的固有周期影响较小，可对船体模拟进行简化，应用梁

7、单元模拟。考虑实际船体结构的纵横舱壁、各层甲板及外板，可将船体模拟成为板架结构，每根梁的刚度应满足：(1)截面面积与船体结构一致；(2)截面惯性矩与船体结构一致；(3)剪切面积与船体结构一致；(4)扭转惯性矩与船体结构一致。一般来讲，船体的刚度要远远高于桩腿，在动力响应模型中，可将船体梁的扭转刚度和沿甲板垂直方向的刚度设为足够大。1．1．3桩腿一船体连接刚度桩腿和船体连接刚度将直接影响到计算结果的准确性。考虑平台作业和自存条件下依靠锁紧系统锁死桩腿，动力分析中充分考虑桩腿和锁紧系统刚度，利用弹簧模拟桩腿与船体连接的刚度，弹簧

8、刚度系数计算可参见文献[53。1．1．4基础刚度模型中利用弹簧模拟桩靴与海床的相互作用，基础刚度系数采用如下方法计算[6】，kl一2GB／(1一铆)k2—16GB(1一v)／(7—8v)(1)k3=GB3耳／180[3(1一u)]式中：k，为垂向刚度；是。为水平刚度；k。为扭转刚度；G为土