CN112100746B - 一种原油转驳船双弦侧底座结构设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种原油转驳船双弦侧底座结构设计方法，其特征在于：具体设计方法如下：S1：底座支撑悬台的设计；S2：底座结构的设计；本发明中对原油转驳船双弦侧底座结构建立有限元分析模型，用软件对底座结构进行拓扑优化，并通过设置不同的优化参数，对底座结构模型设计空间材料重新布置，从而获得全新的优化结构，并将优化后底座结构模型与原模型进行力学性能对比分析；同时使底座结构的强度、动态特性以及抗振性能得到了提高，增强了底座结构的力学性能，满足底座结构设计的经济性与安全性。
Description
技术领域
本发明涉及原油转驳船双弦侧底座领域，尤其涉及一种原油转驳船双弦侧底座结构设计方法。
背景技术
传统的深海原油转运通常采用“FPSO（浮式生产储油船）+穿梭油轮”的组合方式，考虑到FPSO作业海域附近风浪流联合作用下的复杂海况，具备良好动力定位性能的穿梭油轮能够比较好地接近FPSO，完成原油的转驳工作。但是目前国际油价持续在低位运行，“FPSO+穿梭油轮”的转运模式单次运输的原油量偏小，运输成本偏高，特别是对于长距离运输的情形，这种缺陷显得尤为显著，大大压缩了原油开采公司的利润空间。
相比穿梭油船，VLCC（超大型油船）单次的运输量更大，可以大大降低海上原油的转运成本。但是传统的VLCC船型动力定位能力差，如果靠近FPSO进行原油转运，则需要借助复杂的多点系泊及辅助船舶的帮助达到相对稳态，且对作业海域的海床条件有比较高的要求。所以，为了迎合上述市场需求，搭建VLCC和FPSO之间的转运桥梁，CTV（原油转驳船）应运而生；而装卸系统是CTV实现核心功能的关键。
而原油转驳船上的双弦侧底座结构是用来安装装载系统的平台结构，这种底座结构的设计缺乏精确的强度计算，靠采用较高的安全系数来保证其安全性能，使得基座体积过于庞大，结构过于笨重，机械传动的效率不高，造成材料和能源的浪费的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种原油转驳船双弦侧底座结构设计方法，能够解决一般的原油转驳船底座结构的设计缺乏精确的强度计算，靠采用较高的安全系数来保证其安全性能，使得基座体积过于庞大，结构过于笨重，机械传动的效率不高，造成材料和能源的浪费的问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种原油转驳船双弦侧底座结构设计方法，其创新点在于：具体设计方法如下：
S1：底座支撑悬台的设计：
S1.1：外飘甲板面大小确定：根据安装要求，外飘甲板面在宽度方向向舷外延伸3m，长度方向为7m；
S1.2：侧壁结构设计：侧壁采用倾斜式设计，侧壁的下端从二甲板位置向上倾斜；侧壁上端采用垂直式列板，宽度按450mm设计，向上伸于外飘甲板150mm，向下伸出外飘甲板300mm，下端与倾斜侧壁进行可拆卸连接；
S1.3：下结构舱室的布置：在底座支撑悬台的外板上开设自由通孔，使得外飘悬台形成的密封空间与外飘甲板下方的舱室连通；
S2：底座结构的设计：
S2.1：底座结构的组成：包括上平台和支撑柱，且支撑柱具有四组且均匀垂直分布在底座支撑悬台的外飘甲板上；上平台水平安装在支撑柱的顶端；
S2.2：底座结构的有限元网格模型创建：综合考虑计算量及其计算精度，设置单元格大小为40mm，采用自由网格划分方式，底座结构划分形成多个网格单元和节点，并创建底座结构的有限元网格模型；
S2.3：底座结构的有限元分析：通过软件对底座结构模型进行静力学分析和模态分析，得到底座结构的等效应力云图和变形云图，确定其强度和刚度，为底座结构的轻量化提供理论依据；具体为，首先将底座结构实体模型导入软件中，定义基座的材料属性，底座结构材料为20钢，弹性模量E为213GPa，泊松比μ为0.282，屈服强度和抗拉强度为245MPa和410MPa；余部分为Q235的船板结构弹性模量E为210GPa，泊松比μ为0.274，屈服强度和抗拉强度为235MPa和460MPa；在底座结构与外飘甲板连接处添加位移约束，以限制三个方向的自由移动；
S2.4底座结构拓扑优化：底座结构的设计空间材料单元密度为设计变量，以底座结构模型的最大化刚度作为优化目标，并拓扑计算；为使得拓扑优化的效果最佳，不断改变质量目标占全部设计空间体积的百分比以及减小频率约束、厚度约束等参数，多次迭代计算，得到拓扑优化最终结果；将底座结构模型导入软件中对其进行拓扑优化，通过不断改变质量目标占全部设计空间体积的百分比以及减小频率约束、厚度约束的参数，进行若干次迭代计算，得到拓扑优化最佳效果结果；
S2.5：对比分析：将优化后的底座结构模型进行静力学分析和模态分析，分析对比优化前后底座结构模型各性能参数，验证其设计结构的合理性。
进一步的，所述S1：外飘甲板面大小确定中，前后端部外飘甲板的线形采用倾斜过渡；所有折角点以避开甲板横向框架200mm为原则。
本发明的优点在于：
1）本发明中对原油转驳船双弦侧底座结构建立有限元分析模型，用软件对底座结构进行拓扑优化，并通过设置不同的优化参数，对底座结构模型设计空间材料重新布置，从而获得全新的优化结构，并将优化后底座结构模型与原模型进行力学性能对比分析；同时使底座结构的强度、动态特性以及抗振性能得到了提高，增强了底座结构的力学性能，满足底座结构设计的经济性与安全性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明的一种原油转驳船双弦侧底座结构设计流程图。
图2为本发明的一种原油转驳船双弦侧底座结构的装配结构图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1图2所示的一种原油转驳船双弦侧底座结构设计方法，具体设计方法如下：
S1：底座支撑悬台1的设计：
S1.1：外飘甲板面大小确定：根据安装要求，外飘甲板面在宽度方向向舷外延伸3m，长度方向为7m；
S1.2：侧壁结构设计：侧壁采用倾斜式设计，侧壁的下端从二甲板位置向上倾斜；侧壁上端采用垂直式列板，宽度按450mm设计，向上伸于外飘甲板150mm，向下伸出外飘甲板300mm，下端与倾斜侧壁进行可拆卸连接；
S1.3：下结构舱室的布置：在底座支撑悬台的外板上开设自由通孔，使得外飘悬台形成的密封空间与外飘甲板下方的舱室连通；
S2：底座结构2的设计：
S2.1：底座结构的组成：包括上平台和支撑柱，且支撑柱具有四组且均匀垂直分布在底座支撑悬台的外飘甲板上；上平台水平安装在支撑柱的顶端；
S2.2：底座结构的有限元网格模型创建：综合考虑计算量及其计算精度，设置单元格大小为40mm，采用自由网格划分方式，底座结构划分形成多个网格单元和节点，并创建底座结构的有限元网格模型；
S2.3：底座结构的有限元分析：通过软件对底座结构模型进行静力学分析和模态分析，得到底座结构的等效应力云图和变形云图，确定其强度和刚度，为底座结构的轻量化提供理论依据；具体为，首先将底座结构实体模型导入软件中，定义基座的材料属性，底座结构材料为20钢，弹性模量E为213GPa，泊松比μ为0.282，屈服强度和抗拉强度为245MPa和410MPa；余部分为Q235的船板结构弹性模量E为210GPa，泊松比μ为0.274，屈服强度和抗拉强度为235MPa和460MPa；在底座结构与外飘甲板连接处添加位移约束，以限制三个方向的自由移动；
S2.4底座结构拓扑优化：底座结构的设计空间材料单元密度为设计变量，以底座结构模型的最大化刚度作为优化目标，并拓扑计算；为使得拓扑优化的效果最佳，不断改变质量目标占全部设计空间体积的百分比以及减小频率约束、厚度约束等参数，多次迭代计算，得到拓扑优化最终结果；将底座结构模型导入软件中对其进行拓扑优化，通过不断改变质量目标占全部设计空间体积的百分比以及减小频率约束、厚度约束的参数，进行若干次迭代计算，得到拓扑优化最佳效果结果；
S2.5：对比分析：将优化后的底座结构模型进行静力学分析和模态分析，分析对比优化前后底座结构模型各性能参数，验证其设计结构的合理性。
S1：外飘甲板面大小确定中，前后端部外飘甲板的线形采用倾斜过渡；所有折角点以避开甲板横向框架200mm为原则。
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (2)
1.一种原油转驳船双弦侧底座结构设计方法，其特征在于：具体设计方法如下：
S1：底座支撑悬台的设计：
S1.1：外飘甲板面大小确定：根据安装要求，外飘甲板面在宽度方向向舷外延伸3m，长度方向为7m；
S1.2：侧壁结构设计：侧壁采用倾斜式设计，侧壁的下端从二甲板位置向上倾斜；侧壁上端采用垂直式列板，宽度按450mm设计，向上伸于外飘甲板150mm，向下伸出外飘甲板300mm，下端与倾斜侧壁进行可拆卸连接；
S1.3：下结构舱室的布置：在底座支撑悬台的外板上开设自由通孔，使得外飘悬台形成的密封空间与外飘甲板下方的舱室连通；
S2：底座结构的设计：
S2.1：底座结构的组成：包括上平台和支撑柱，且支撑柱具有四组且均匀垂直分布在底座支撑悬台的外飘甲板上；上平台水平安装在支撑柱的顶端；
S2.2：底座结构的有限元网格模型创建：综合考虑计算量及其计算精度，设置单元格大小为40mm，采用自由网格划分方式，底座结构划分形成多个网格单元和节点，并创建底座结构的有限元网格模型；
S2.3：底座结构的有限元分析：通过软件对底座结构模型进行静力学分析和模态分析，得到底座结构的等效应力云图和变形云图，确定其强度和刚度，为底座结构的轻量化提供理论依据；具体为，首先将底座结构实体模型导入软件中，定义基座的材料属性，底座结构材料为20钢，弹性模量E为213GPa，泊松比μ为0.282，屈服强度和抗拉强度为245MPa和410MPa；余部分为Q235的船板结构弹性模量E为210GPa，泊松比μ为0.274，屈服强度和抗拉强度为235MPa和460MPa；在底座结构与外飘甲板连接处添加位移约束，以限制三个方向的自由移动；
S2.4：底座结构拓扑优化：底座结构的设计空间材料单元密度为设计变量，以底座结构模型的最大化刚度作为优化目标，并拓扑计算；为使得拓扑优化的效果最佳，不断改变质量目标占全部设计空间体积的百分比以及减小频率约束、厚度约束参数，多次迭代计算，得到拓扑优化最终结果；将底座结构模型导入软件中对其进行拓扑优化，通过不断改变质量目标占全部设计空间体积的百分比以及减小频率约束、厚度约束的参数，进行若干次迭代计算，得到拓扑优化最佳效果结果；
S2.5：对比分析：将优化后的底座结构模型进行静力学分析和模态分析，分析对比优化前后底座结构模型各性能参数，验证其设计结构的合理性。
2.根据权利要求1所述的一种原油转驳船双弦侧底座结构设计方法，其特征在于：所述S1：外飘甲板面大小确定中，前后端部外飘甲板的线形采用倾斜过渡；所有折角点以避开甲板横向框架200mm为原则。
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