懸臂梁結(jié)構(gòu)分析

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1、懸臂梁結(jié)構(gòu)分析：以某型自升式鉆井平臺(tái)的懸臂梁為例建立相應(yīng)結(jié)構(gòu)分析模型，給出了分析的載荷及邊界條件，并對(duì)不同載荷條件下的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了分析和評(píng)估，可作為此類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的參考?！　￡P(guān)鍵詞：懸臂梁，結(jié)構(gòu)分析.　　Abstract:toacertaintypeofjack-updrillingplatformasanexampleofthecantileverbeamestablishcorrespondingstructureanalysismodel,andgivesouttheanalysisofloadandbound

2、aryconditions,andundertheconditionsofdifferentloadcalculationresultsareanalyzedandevaluated,andcanbeusedforthiskindofstructuredesignofthereference.　　Keyandstructureanalysis.　　　　　?。篛655.4：A：　　正文：　　1引言　　陸上可利用的資源和能源越來(lái)越少，許多國(guó)家都把開發(fā)利用海洋資源和能源作為國(guó)家戰(zhàn)略[1]。經(jīng)過(guò)近幾十年的高速發(fā)展，我國(guó)的能源

3、問題日益嚴(yán)峻。我國(guó)的海域遼闊，海上資源的開發(fā)潛力巨大，是未來(lái)我國(guó)能源可持續(xù)發(fā)展的重點(diǎn)[2~4]?！　『Ｉ献鳂I(yè)平臺(tái)是進(jìn)行海上資源開發(fā)的重要裝備，目前我國(guó)在海上鉆井平臺(tái)的開發(fā)設(shè)計(jì)方面與技術(shù)先進(jìn)國(guó)家尚有較大差距。移動(dòng)式海上平臺(tái)在我國(guó)海上油氣勘探開發(fā)中發(fā)揮著重要作用[5]，開展海上平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)研究對(duì)保障我國(guó)能源安全和推動(dòng)我國(guó)裝備制造業(yè)的發(fā)展具有重要意義。　　自升式鉆井平臺(tái)屬于海上移動(dòng)式平臺(tái)，適宜于近淺海作業(yè)，是目前被廣泛使用的海上鉆井裝備之一。本文以某型自升式鉆井平臺(tái)的懸臂梁為例，對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和強(qiáng)度評(píng)估，為此類結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

4、提供參考方法?！　?懸臂梁分析模型　　大型通用有限元程序MSC.Patran/Nastran被廣泛應(yīng)用于船舶及海洋工程領(lǐng)域，并且通過(guò)多數(shù)主要船級(jí)社的認(rèn)可，本文采用該程序?qū)冶哿哼M(jìn)行建模和結(jié)構(gòu)分析?！　”疚膶?duì)靜載工況下的懸臂梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。懸臂梁結(jié)構(gòu)的主要承載構(gòu)件為左、右舷側(cè)的縱向艙壁結(jié)構(gòu)，考慮到結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，對(duì)分析模型進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化，取右舷的縱向艙壁結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析?！　冶哿悍治瞿Ｐ陀蓺づc實(shí)體單元組成，艙壁結(jié)構(gòu)的板材和扶強(qiáng)材部分采用殼單元模擬，艙壁結(jié)構(gòu)底部和頂部的厚法蘭板材采用實(shí)體單元模擬。整個(gè)模型共有節(jié)點(diǎn)8126個(gè)，單

5、元8560個(gè)，其中實(shí)體單元1306個(gè)，四邊形殼單元5827個(gè)，三角形殼單元1427個(gè)。懸臂梁的分析模型如圖1所示?！　　　D1懸臂梁結(jié)構(gòu)模型　　懸臂梁結(jié)構(gòu)的所有材質(zhì)為高強(qiáng)或超高強(qiáng)度鋼，最小屈服應(yīng)力不小于355MPa。艙壁結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件包括井架下艙壁板、頂部和底部厚板及其中間的艙壁板，其余的為次要構(gòu)件。平臺(tái)外部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)最低溫度為－20°C，艙壁板材的板厚及對(duì)應(yīng)材料等級(jí)如表1所示?！　　　　　∨摫诮Y(jié)構(gòu)在底部基線0～2.61m、5.22～8.535m高度范圍內(nèi)及艙壁與井架橫梁連接位置采用HT53和EQ56級(jí)超高強(qiáng)度鋼，其

6、余部位結(jié)構(gòu)采用DH36、EH36級(jí)高強(qiáng)度鋼材?！　?載荷條件　　分析采用的載荷取自懸臂梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)載荷，設(shè)計(jì)載荷具體內(nèi)容如表2所示?！　　　　　》治鰰r(shí)，最大的合成井架載荷取11564.8kN，這一載荷值包含所有的回復(fù)力、大鉤/轉(zhuǎn)動(dòng)載荷和拉力載荷?！　「鶕?jù)懸臂梁和井架在不同位置時(shí)的作業(yè)載荷情況，選取兩種關(guān)鍵載荷工況進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析?！　?）工況1：懸臂梁處于最大伸長(zhǎng)狀態(tài)，鉆井中心位于船體外側(cè)22.86m，向右舷側(cè)移4.572m。施加的載荷如表3所示?！　　　　　≡诠r1載荷條件下，懸臂梁前端部的固定載荷達(dá)到最大值，相應(yīng)的大

7、鉤載荷為4852.768kN，不考慮鉆桿載荷?！　?）工況2：最大剪切狀態(tài)，鉆井中心位于船體外側(cè)13.716m，向右舷側(cè)移4.572m。施加的載荷如4所示。　　表4工況2載荷　　　　　　在工況2載荷條件下，懸臂梁的支承載荷達(dá)到最大值，相應(yīng)的大鉤載荷和轉(zhuǎn)動(dòng)載荷分別為7116.8kN和4448kN，不考慮鉆桿載荷?！　?邊界條件　　懸臂梁的支承位置邊界采用彈簧單元來(lái)模擬，懸臂梁前端的底部的法蘭與固定扣裝置之間的間隙采用設(shè)定的位移邊界來(lái)代替，模型的一側(cè)施加側(cè)向約束。不同工況下的邊界約束具體如圖2、3所示。　　　　圖2工況1

8、邊界約束　　　　　　圖3工況2邊界約束　　5計(jì)算結(jié)果及分析　　5.1計(jì)算結(jié)果　　各工況載荷下的懸臂梁結(jié)構(gòu)應(yīng)力計(jì)算結(jié)果（Pa）如下：　　1）工況1：懸臂梁最大伸長(zhǎng)狀態(tài)（最大彎矩狀態(tài)）　　　　圖4等效應(yīng)力分布　　　　圖5縱向應(yīng)力分布　　　　圖6剪應(yīng)力分布　　2）工況2：最大剪切狀態(tài)　　　　圖7等效應(yīng)力分布　　　　圖8縱向應(yīng)力分布　　　　圖9剪應(yīng)力分