【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及船舶与海洋工程领域，具体涉及一种用于半潜平台强度计算的约束确定方法。
技术介绍
1、海洋科技是建设海洋强国的重要支撑力量。向海图强要体现在对海洋探索的各方各面。随着科学技术的发展，对海洋的探索也逐步从近海走向了深海、远海。
2、半潜平台因其具有良好的抗风浪性能，是目前海上钻井、采矿和科研应用最为广泛的结构形式之一。半潜式平台多为综合处理平台，其上部为工作甲板，下部为浮筒结构，用支撑立柱连接。但是，在探索更深更广更危险的海域和在更严峻的海况下作业和生存时，半潜平台的结构强度会遭受巨大的考验，其设计海况常常高于百年一遇的极端条件，因此，如何在设计中准确评估半潜平台的结构强度是至关重要的问题。
3、在进行半潜平台结构强度计算时，需要提供足够的约束，保证结构不发生刚体位移且位移不能过大导致计算失真，但同时，约束的刚度也不能过大，从而限制了结构自身的相对变形，使得计算结果远小于实际值，带来安全隐患。作为结构强度计算的关键影响因素之一，需要合理准确的考虑计算中有限元模型的边界条件，从而在保证能有效约束平台自身刚体运动的同时，避免在约束位置处产生明显的应力集中，从而影响计算的准确性。
4、通常对于双下浮体、立柱、上浮体形式的柱稳式半潜平台而言，为保证结构有足够的约束且不影响结构的相对变形，约束方式通常为在一侧下浮体尾部约束x、y、z方向的线位移，在同侧下浮体首部约束y、z方向线位移。在另外一个下浮体首部约束z方向的线位移，通过该6个线位移约束，即可有效避免结构的刚体运动，同时使得结构自身变形不
5、但是在实际应用中会发现，在设计环境载荷极大的情况下，结构自身相对变形会非常大，从而使得该约束方式的约束位置处有巨大的应力集中，从而导致约束点附近位置的应力水平严重失真，并导致整体结构的应力和变形水平小于实际值，使得设计的结果偏危险。
6、而对于如圆筒形半潜平台或者其他类似的一体化半潜结构而言，其结构本身刚度巨大，结构自身变形较小，约束的作用主要是限制刚体位移，而不用过分担忧对局部变形的影响。因此，在设置约束时选择相对较多，但仍然要注意不产生过大的局部应力集中，导致大范围的应力结果失真。
7、目前在平台计算中常用的三点简支约束的方式，虽然可以有效限制平台的刚体运动，但是却常常会导致较为明显的应力集中现象。
8、因此，要精确的校核半潜平台在极端海况下的结构强度，得到可靠的计算结果，就需要在计算中使用合理的约束方式。
技术实现思路
1、本专利技术需要解决的技术问题是：目前用于半潜平台结构强度计算的模型边界条件，通常为三点简支约束，而该约束方式在计算极端海况下，变形较大的半潜平台结构时，会产生明显的应力集中现象，且难以调平，而采用惯性释放的方式则会导致结构响应计算中的惯性载荷计算失准。
2、为了解决实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案提供了一种用于半潜平台强度计算的约束确定方法，包括以下步骤：
3、根据半潜平台的相对变形，拆分成x、y、z方向的线位移约束，并确定x、y、z方向的线位移约束在半潜平台的分布位置，并在分布位置采用弹簧约束代替线位移约束；
4、根据x、y、z方向的弹簧约束以及半潜平台的自身变形和应力结果，确定x、y、z方向的弹簧刚度系数k；
5、对弹簧刚度设置的合理性进行验证，从而最终确定用于半潜平台强度计算的约束形式和约束刚度。
6、优选地，所述确定x、y、z方向的弹簧刚度的方法包括：根据半潜平台自身在不同主控载荷对应的波浪中相对变形的趋势和变形的幅值，将整体变形分为x、y、z各向独立的变形值，从而据此确定弹簧的刚度。
7、优选地，对应力集中明显的情形，采用所述弹簧约束中的点弹簧或线弹簧进行约束。
8、优选地，所述点弹簧和线弹簧应设置在平台立柱下方船底板与结构强框架交界处，设置在主要舱壁交界处时，能够保证约束位置不产生应力失真。
9、优选地，当所述x向采用点弹簧约束在一点，产生较大应力集中影响计算结果时，采用线弹簧约束，其中，线弹簧沿主要结构框架布置，从而将集中于一点的x方向约束载荷分别传递到不同的框架结构上；若x向支反力为rx，则有：
10、若采用点弹簧，则点弹簧刚度根据如下公式确定：
11、kxp＝rx/min(0.1*l，10，hx)
12、若采用线弹簧，则线弹簧刚度根据如下公式确定：
13、kxl＝rx/(min(0.1*l，10，hx)*lx)
14、其中，kxp为点弹簧刚度，kxl为线弹簧刚度，rx为x向支反力，l为平台长度，hx为平台最大纵荡值，lx为x向线弹簧长度；
15、所述y向变形主要约束在一侧下浮体上，而另外一侧下浮体自由，则控制载荷主要为会引起下浮体自身产生相对y向变形的载荷，为横向剪力；
16、若y方向任意一点支反力为ry，则弹簧刚度根据如下公式确定：
17、kyp1＝ry/min(0.1*b，10，hy)
18、针对结构自身的相对变形，则弹簧刚度根据横向剪力确定，确定弹簧刚度的公式如下：
19、kyp2＝fts/dy
20、其中，kyp1为根据位移确定的点线弹簧刚度，b为平台型宽，hy为最大横荡值，kyp2为根据横向剪力得到的y向点弹簧刚度，fy为y向支反力，fts为横向剪力，dy为y向相对位移；
21、对于采用点弹簧导致应力集中过大的情形，采用线弹簧代替点弹簧，线弹簧沿着船底的强框架布置，则此时的弹簧刚度由以下公式确定：
22、kyl1＝fy/(min(0.1*b，10，hy)*ly)
23、kyl2＝fts/(dyly)
24、其中，kyl1为根据位移确定的点线弹簧刚度，b为平台型宽，hy为最大横荡值，kyl2为根据横向剪力得到的y向点弹簧刚度，fy为y向支反力，fts为横向剪力，dy为y向相对位移，ly为y向线弹簧长度；
25、分别计算根据位移和剪力得到的y向弹簧刚度k，应不小于根据位移确定的刚度kyp1或kyl1，且不大于根据自身变形确定的刚度kyp2或kyl2。
26、优选地，z向弹簧需采用线弹簧约束以减小对平台相对自身变形的约束，所述影响z向变形和弹簧刚度确定的主要控制载荷包括各向的剪力和两片浮体间的扭矩，其中，计算根据浮体间横向扭矩得到的z向线弹簧刚度的公式如下：
27、kz1＝2w/(θlz3)
28、其中，kz1为根据横向扭矩得到的线弹簧刚度，w为横向扭矩，θ为两片下浮体间的相对转角，lz为线弹簧长度；
29、计算根据所述垂向剪力得到的z向线弹簧刚度的公式如下：
30、kz2＝fz/(dzlz)
31、其中，kz2为根据剪力得到的线弹簧刚度，fz为垂向剪力，dz为相对位移，lz为线弹簧长度；
32、z向弹簧的刚度还本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于半潜平台强度计算的约束确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种用于半潜平台强度计算的约束确定方法，其特征在于，所述确定x、y、z方向的弹簧刚度的方法包括：
3.如权利要求1所述的一种用于半潜平台强度计算的约束确定方法，其特征在于，对应力集中明显的情形，采用所述弹簧约束中的点弹簧或线弹簧进行约束。
4.如权利要求3所述的一种用于半潜平台强度计算的约束确定方法，其特征在于，所述点弹簧和线弹簧应设置在平台立柱下方船底板与结构强框架交界处，设置在主要舱壁交界处时，能够保证约束位置不产生应力失真。
5.如权利要求4所述的一种用于半潜平台强度计算的约束确定方法，其特征在于，当所述x向采用点弹簧约束在一点，产生较大应力集中影响计算结果时，采用线弹簧约束，其中，线弹簧沿主要结构框架布置，从而将集中于一点的x方向约束载荷分别传递到不同的框架结构上；若x向支反力为Rx，则有：
6.如权利要求4所述的一种用于半潜平台强度计算的约束确定方法，其特征在于，z向弹簧需采用线弹簧约束以减小对平台相对自身变形的约束，
7.如权利要求4所述的一种用于半潜平台强度计算的约束确定方法，其特征在于，在x、y、z方向的约束中，其z向的约束设置在相同高度处，最优为沿着各侧下浮体底部船底板和中纵强框架相交的平底部分布置。
8.如权利要求4所述的一种用于半潜平台强度计算的约束确定方法，其特征在于，半潜平台的相对变形均通过等效静载计算确定，即针对每一特定控制载荷，设定相应约束后，以静载剪力或扭矩的形式施加载荷并确定在该控制载荷下的相对变形，包括相对位移dz和相对转角θ。
9.如权利要求1所述的一种用于半潜平台强度计算的约束确定方法，其特征在于，对所述影响相对应方向的约束形式的设置的合理性进行验证包括：
10.如权利要求9所述的一种用于半潜平台强度计算的约束确定方法，其特征在于，所述预设百分比为20％；所述预设值为1％；所述预设范围为0.5～2。
...【技术特征摘要】
1.一种用于半潜平台强度计算的约束确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种用于半潜平台强度计算的约束确定方法，其特征在于，所述确定x、y、z方向的弹簧刚度的方法包括：
3.如权利要求1所述的一种用于半潜平台强度计算的约束确定方法，其特征在于，对应力集中明显的情形，采用所述弹簧约束中的点弹簧或线弹簧进行约束。
4.如权利要求3所述的一种用于半潜平台强度计算的约束确定方法，其特征在于，所述点弹簧和线弹簧应设置在平台立柱下方船底板与结构强框架交界处，设置在主要舱壁交界处时，能够保证约束位置不产生应力失真。
5.如权利要求4所述的一种用于半潜平台强度计算的约束确定方法，其特征在于，当所述x向采用点弹簧约束在一点，产生较大应力集中影响计算结果时，采用线弹簧约束，其中，线弹簧沿主要结构框架布置，从而将集中于一点的x方向约束载荷分别传递到不同的框架结构上；若x向支反力为rx，则有：
6.如权利要求4所述的一种用于半潜平台强度计算的约束确定方法，其特征在于，z向弹簧需采用...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢昊，杨玥，迟少艳，张海彬，周书敏，荆海东，高宝坤，李小军，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七○八研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。