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自升式海洋平臺(tái)的結(jié)構(gòu)可分為平臺(tái)主體、樁腿和樁靴等部分，樁腿的強(qiáng)度安全與否會(huì)直接關(guān)系到平臺(tái)整體的安全性。因此，在對(duì)樁腿進(jìn)行開孔后，必須重新對(duì)樁腿結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度分析與屈曲安全計(jì)算與校核。本文針對(duì)遼河作業(yè)一號(hào)自升式平臺(tái)的樁腿進(jìn)行了強(qiáng)度與屈曲計(jì)算。利用MSC Patran建立了開孔樁腿結(jié)構(gòu)的有限元計(jì)算模型，根據(jù)不同工況下外載荷與平臺(tái)自重建立了樁腿的邊界條件。采用ABAQUS為結(jié)構(gòu)分析的求解程序，計(jì)算樁腿的應(yīng)力，將開孔樁腿的應(yīng)力與未開孔時(shí)的樁腿應(yīng)力進(jìn)行比較，并進(jìn)行強(qiáng)度校核。最后還對(duì)樁腿的屈曲強(qiáng)度進(jìn)行了校核。
遼河一號(hào)自升式平臺(tái)在安裝沖樁管線時(shí)，需要在樁腿上開孔，而開孔位置無法避開樁腿高應(yīng)力區(qū)，因而需要對(duì)開孔樁腿結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部強(qiáng)度分析，分別選取艏樁和艉左樁作為分析對(duì)象，建立結(jié)構(gòu)計(jì)算的有限元模型，如圖1所示為平臺(tái)艏樁的有限元模型，圖2為艏樁開孔處的局部有限元網(wǎng)格。
樁腿材料為D32鋼，最下部5m為E32鋼，樁腿內(nèi)組合型材采用D32鋼(均為船用鋼)，其主要材料特性為：屈服極限σs=315MPa，密度ρ=7857kg/m3，彈性模量E=210GPa，剪切模量G=80GPa。在有限元計(jì)算中，坐標(biāo)原點(diǎn)取在對(duì)應(yīng)于平臺(tái)整體分析的z=0的柱腿中心位置，即平臺(tái)基線處，取X軸沿平臺(tái)長度方向，指向艏為正；取Y軸沿平臺(tái)寬度方向，向左為正；取Z軸沿垂向，向上為正。開孔處內(nèi)部加強(qiáng)結(jié)構(gòu)如圖3所示，其有限元網(wǎng)格圖4所示。
在有限元計(jì)算中，坐標(biāo)原點(diǎn)取在對(duì)應(yīng)于平臺(tái)整體分析的z=0的柱腿中心位置，即平臺(tái)基線處，取X軸沿平臺(tái)長度方向，指向艏為正；取Y軸沿平臺(tái)寬度方向，向左為正；取Z軸沿垂向，向上為正。開孔處內(nèi)部加強(qiáng)結(jié)構(gòu)如圖3所示，其有限元網(wǎng)格圖4所示。計(jì)算過程中分別建立了艏樁和艉左樁的結(jié)構(gòu)有限元模型，以便進(jìn)行局部強(qiáng)度校核計(jì)算。結(jié)構(gòu)模型對(duì)整個(gè)樁腿的各構(gòu)件進(jìn)行模擬，詳細(xì)反映縱桁、水平撐桿以及樁靴內(nèi)部結(jié)構(gòu)，模型對(duì)樁腿噴沖接口的開孔位置以及開孔周圍的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了細(xì)致的模擬。
對(duì)整個(gè)樁腿模型都采用板殼單元，網(wǎng)格足夠細(xì)密，樁腿的外殼沿圓周設(shè)置52個(gè)節(jié)點(diǎn)，其網(wǎng)格尺度大約為163mm。為更真實(shí)地反映噴沖接口開孔邊緣的應(yīng)力結(jié)果，其周圍的網(wǎng)格劃分更加細(xì)密，小孔周圍布置32個(gè)節(jié)點(diǎn)，其網(wǎng)格尺度大約為15mm。模型網(wǎng)格單元一般采用四邊形板殼單元，并盡量劃分為正方形單元。對(duì)于極少部分網(wǎng)格劃分比較困難的地方，采用三角形板殼單元。在縱向桁材和水平撐桿腹板以及肘板腹板上，沿垂直方向布置不少于3個(gè)板單元。艏樁模型劃分為66621個(gè)單元，共62244個(gè)節(jié)點(diǎn)。艉左樁劃分為66075個(gè)單元，共61701個(gè)節(jié)點(diǎn)。
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