﻿ 风机运输甲板驳结构强度评估
 舰船科学技术  2016, Vol. 38 Issue (3): 31-36 PDF

1. 上海交通大学海洋工程国家重点实验室, 上海 200240;
2. 高新船舶与深海开发装备协同创新中心, 上海 200240

Research on structure strength evaluation of deck barge with offshore wind turbine
LI Zhi-jie1, 2, XIA Li-juan1, 2
1. State Key Laboratory of Ocean Engineering, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240, China;
2. Collaborative Innovation Center for Advanced Ship and Deep-Sea Exploration, Shanghai 200240, China
Abstract: The deck barge with offshore wind turbine is a type of ocean engineering auxiliary vessel with carriage functions for offshore wind turbine. With the emergence of offshore wind power, the development of this kind of engineering vessels have boomed in recent years.In this paper, direct calculation of the whole ship and specification approach method according to the CCS rule were used to evaluate the structure strength of one deck barge with offshore wind turbine. The results show that the strength of the barge fulfills the requirements demanded. The main research results of this paper are helpful for structural design of similar vessels.
Key words: deck barge with offshore wind turbine    direct calculation    structure strength
0 引言

1 船型及结构形式 1.1 主要参数

 图 1 风机运输甲板驳总布置图 Fig. 1 The general arrangement of the deck bargewith offshore wind turbine

1.2 船体结构形式

1）纵向主要构件：纵中剖面设有舱壁，同时，FR 0～FR 30左右舷各设2道水密纵舱壁；甲板、船底居中每隔5倍纵骨间距设置纵桁；

2）横向主要构件：FR 6～FR 42每隔6档肋位设横舱壁；除去首尾部分肋位，全船每隔1.8 m设置强框架。

2 全船有限元直接计算 2.1 波浪载荷计算

2.1.1 有限元模型的建立

 图 2 有限元模型 Fig. 2 Finite element model
2.1.2 波浪载荷的预报

1）满载到港长期预报

 图 3 FR 26 剖面波浪弯矩长期预报值 Fig. 3 Long-term prediction of wave bending moment of FR26

2）压载到港短期预报

 图 4 工况Ⅱ各浪向波浪弯矩预报 Fig. 4 Prediction of wave bending moment from different wave directions under load caseⅡ
2.2 计算结果

 图 5 工况Ⅰ直接计算结果 Fig. 5 The result from direct calculation for load caseⅠ
3 规范计算 3.1 波浪载荷计算

3.1.1波浪弯矩的计算

${{M}_{W}}(+)=M{{f}_{nl-h}}{{M}_{W\text{,}cal}},$

${{M}_{W}}(-)=M{{f}_{nl-s}}{{M}_{W\text{,}cal}}.$

3.1.2 波浪剪力的计算

${{F}_{W}}(+)={{F}_{nl\text{,}1}}{{F}_{WV\text{,}\max }}\text{,}$

${{F}_{W}}(-)={{F}_{nl\text{,}2}}{{F}_{WV\text{,}\max }}\text{.}$

${{F}_{WV\text{,}\max }}=\max \left[\frac{\max \left| {{F}_{WV,CAL\text{,}A}} \right|}{0.92}\text{,}\frac{\max \left| {{F}_{WV\text{,}CAL\text{,}F}} \right|}{1.0} \right]\text{.}$

3.2 计算结果

$\sigma=\frac{\left| {{M}_{S}}+{{M}_{W}} \right|}{{{W}_{C}}}\times {{10}^{3}}\text{N}/\text{m}{{\text{m}}^{2}}\text{.}$

$\tau=\frac{\left| {{F}_{S}}+{{F}_{W}} \right|S}{I\delta }\times {{10}^{2}}\text{N}/\text{m}{{\text{m}}^{2}}.$

4 强度校核及结果分析 4.1 强度校核

$\left[\sigma \right]\text{=}175/K=175/1=175\text{Mpa};$

$[\sigma]=125/K=125/1=125\text{Mpa};$

$[\tau]=100/K=100/1=100\text{Mpa};$

4.2 结果分析

1）直接计算表明，工况Ⅰ船底板处弯曲应力较甲板板处大，而最大应力出现在FR 32距中18.2 m处，此处为船底纵桁与船底纵骨的交界处，即结构形式出现变化的位置。此外，在船底外板的纵舱壁间断处（FR 30距中11.2 m）也出现了较大应力。可见，结构设计时应充分关注构件尤其是纵向构件的连续和渐变性，否则很可能会出现应力集中的现象；

2）直接计算中，工况Ⅱ为遮蔽航区，虽然与工况Ⅰ相比，海浪环境较好，但甲板局部应力值依然比工况Ⅰ大，尤其在风机和风机井架的部位，风机设备的惯性载荷影响较为明显。可见，甲板运输船舶在运输特殊的工程配套设备时，对其进行强度分析的必要性；

3）除去直接计算中局部载荷的影响，船底板应力值均高于甲板板，与规范计算结果趋势一致；

4）分析比较2种方法的计算结果可知，全船有限元直接计算可以反映全船结构应力分布，但计算工作量大；规范计算虽然仅能反映计算剖面处的应力分布，但由于在相同区域的应力计算结果与全船直接计算结果相当，因此，只要选取足够的典型剖面，完全可以替代全船有限元直接计算，从而大大减少计算成本。

5 结语

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