海上風(fēng)機(jī)一體化運(yùn)輸安裝船船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析及優(yōu)化.pdf

1、近年來(lái)，為應(yīng)對(duì)能源危機(jī)問(wèn)題，各國(guó)都在積極地發(fā)展風(fēng)力發(fā)電，大力開(kāi)展海上風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)。作為能源消耗大國(guó)，大力發(fā)展海上風(fēng)電是我國(guó)的一項(xiàng)重要舉措。風(fēng)電運(yùn)輸安裝船是建設(shè)海上風(fēng)電場(chǎng)的關(guān)鍵設(shè)備。新型的風(fēng)電一體化運(yùn)輸安裝船是一種全新的海洋工程船舶，與起重船和自升式分體安裝平臺(tái)不同，該船集風(fēng)機(jī)的整體運(yùn)輸、安裝于一體，無(wú)需其它船舶配合，可高效高精度地完成風(fēng)機(jī)的整體運(yùn)輸和吊裝工作，減少了海上作業(yè)時(shí)間，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。風(fēng)機(jī)一體化運(yùn)輸、安裝已成為了未來(lái)風(fēng)電安裝船

2、的發(fā)展的趨勢(shì)之一。
　　本文對(duì)一艘能夠同時(shí)運(yùn)輸、安裝4臺(tái)6MW風(fēng)機(jī)的風(fēng)電一體化運(yùn)輸安裝船進(jìn)行了研究，完成了總體設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。考慮到風(fēng)機(jī)整機(jī)重量較大，作用力為集中載荷，且需要在船舶甲板上進(jìn)行縱向移動(dòng)，因此船舶的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是研究的重點(diǎn)。主要工作和研究成果如下：
　　(1)根據(jù)船舶的功能需求，提出了該型船的概念設(shè)計(jì)方案，完成了型線和總布置設(shè)計(jì)工作及載荷調(diào)整方案，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了船體結(jié)構(gòu)的規(guī)范設(shè)計(jì)。
　　(2)作為一種全新的

3、海洋工程船型，風(fēng)電一體化運(yùn)輸安裝船沒(méi)有直接的設(shè)計(jì)規(guī)范。本文參考了《CCS船舶結(jié)構(gòu)強(qiáng)度直接計(jì)算指南》及其他相關(guān)文獻(xiàn)，總結(jié)了該船型建模規(guī)則、載荷計(jì)算方法、設(shè)計(jì)波參數(shù)確定方法、邊界條件選取方法及許用應(yīng)力要求，形成了一套針對(duì)風(fēng)電一體化運(yùn)輸安裝船的整船強(qiáng)度直接計(jì)算的方法。
　　(3)基于設(shè)計(jì)波法對(duì)波浪載荷進(jìn)行了預(yù)報(bào)。通過(guò)SESAM PatranPre建立面元模型和質(zhì)量模型，利用 SESAM軟件計(jì)算了八種工況下船舯剖面垂向波浪彎矩的傳遞函數(shù)。

4、從偏安全的角度出發(fā)，選取北大西洋海域的海況進(jìn)行載荷預(yù)報(bào)，利用 SESAM軟件中的HydroD模塊，選擇Pierson-Moskowitz譜，結(jié)合Weibull分布擬合長(zhǎng)期預(yù)報(bào)方法，對(duì)船舶的波浪載荷進(jìn)行了預(yù)報(bào)。
　　(4)對(duì)船體全船強(qiáng)度進(jìn)行了分析。利用PCL語(yǔ)言和FEM場(chǎng)的功能，讀取水動(dòng)載荷的結(jié)果，利用線性外插法將水動(dòng)載荷映射施加到船舶有限元模型上。計(jì)算結(jié)果表明，本船的航行工況下高應(yīng)力水平的區(qū)域主要集中在風(fēng)機(jī)底座下方，在起重工況下的

5、高應(yīng)力水平區(qū)域集中在尾部風(fēng)機(jī)起重桁架附近和風(fēng)機(jī)底座下方。造成這一結(jié)果的原因是由于風(fēng)機(jī)重量較大。
　　(5)對(duì)于風(fēng)機(jī)底座附近承載和應(yīng)力較大區(qū)域的船舶結(jié)構(gòu)，利用 MSC.Patran/Nastran的Optimize功能，選定了合適的變量，以結(jié)構(gòu)的合成應(yīng)力不超過(guò)許用應(yīng)力作為約束條件，以總量最輕為優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行了尺寸優(yōu)化。對(duì)優(yōu)化后的整船模型進(jìn)行了滿載出港迎浪工況下的強(qiáng)度分析。優(yōu)化結(jié)果表明，改變結(jié)構(gòu)件的尺寸可以非常有效地降低結(jié)構(gòu)應(yīng)力水平，減