[發明專利]一種基于譜分析法的浮式海洋結構物結構應力計算方法

有效

• 申請號: 201710391142.9
• 申請日: 2017-05-27
• 公開（公告）號: CN107291995B
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發明（設計）人: 錢笠君
• 申請（專利權）人: 中國船舶工業集團公司第七〇八研究所
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 上海申新律師事務所 31272
• 代理人: 俞滌炯

本發明提供了一種基于譜分析法的浮式海洋結構物結構應力計算方法，屬于海洋浮體結構強度分析及評估的技術領域。一種基于譜分析法的浮式海洋結構物結構應力計算方法包括以下幾個步驟：第一步，建立模型；第二步，計算結構應力傳遞函數；第三步，參數化波浪譜；第四步，計算結構應力能量譜；第五步，計算短期海況譜矩；第六步，計算短期概率密度函數；第七步，計算波浪散布圖；第八步，計算浪向概率；第九步，計算長期概率密度函數；第十步，計算結構應力長期統計值；第十一步，校核；本發明既考慮了作業海域環境，又對浮式海洋結構物的總強度及局部強度均進行考慮，考慮更全面，適應性更高，同時通過計算機計算，排除了人工操作帶來的誤差問題。

技術領域

本發明涉及海洋浮體結構強度分析及評估的技術領域，具體是涉及一種基于譜分析法的浮式海洋結構物結構應力計算方法。

背景技術

隨著人類社會的進步，陸地資源的日漸枯竭，人類社會逐漸開始對海洋資源進行開發和利用，如海洋油氣開發、海洋礦物采掘、海上核能等的發展。由于對海洋的開發利用還處于起步階段，并且對于海洋活動的開展均依賴于浮式海洋結構物作為平臺進行，當隨著平臺功能的多樣化，傳統的船型浮式海洋結構物已無法滿足各種各樣海洋開發的需求，導致浮式海洋結構物的形態也各種各樣，如圓筒式，柱穩式及立方體式等。

傳統的，常用的船體結構評估方法為多年船型結構研究的經驗積累，且經過多年的實踐檢驗，適用于船型浮式結構物的評估，但對于這些新出現的新型浮式海洋結構物而言，并不完全適用，容易導致評估誤差或無法評估的問題。目前，對于柱穩式半潛平臺而言，通過特征波法(設計波法)對其結構強度進行研究，從統計意義上在隨機波浪系列中選取某一特征波作為單一的規則波近似分析隨機波浪對平臺結構的作用，并且對于柱穩式半潛平臺而言，其特征載荷有：最大橫向分離狀態、最大扭矩狀態、最大縱向剪切狀態、上船體處縱向加速度最大狀態、上船體處橫向加速度最大狀態、最大垂向彎曲狀態等。但對于這種有限枚舉特征工況的分析方法仍存在不足，對于平臺整體及局部強度而言理論上存在沒有枚舉到的危險工況，導致結構在實際使用過程中失效及破壞，而且對于形狀更加新穎的浮式海洋結構物而言，更加無法人為確定其特征載荷，即使能夠確定特征載荷也無法證明該特征對于結構是主控工況，因此目前浮式海洋結構物的評估方法存在分析不全面或不適應新型浮式海洋結構物的問題。

發明內容

針對現有技術中存在的上述問題，現旨在提供一種基于譜分析法的浮式海洋結構物結構應力計算方法，結合浮式海洋結構物作業海域的海洋環境條件，基于預期的概率水平，以統計性的方法計算出該浮式海洋結構物任意位置的結構應力，并通過有限元計算，更加全面評估浮式海洋結構物在預期概率水平下的結構強度，解決當前評估方法不全面和適應性差的問題。

具體技術方案如下：

一種基于譜分析法的浮式海洋結構物結構應力計算方法，包括以下幾個步驟：

第一步，建立模型；

根據浮式海洋結構物的外形,采用板單元建立水動力濕表面模型，并根據裝載情況建立質量模型，采用板單元和梁單元建立結構模型，并于結構模型上施加邊界條件，并且質量模型和結構模型為同一模型。

第二步，計算結構應力傳遞函數；

選取覆蓋浮式海洋結構物的響應峰值的若干周期和若干浪向的組合為單位波幅的規則波，并使用水動力濕表面模型及質量模型計算浮式海洋結構物在若干單位波幅的規則波作用下的波浪載荷，并且根據規則波理論計算得到浮式海洋結構物在單位規則波幅下的結構應力響應幅值——結構應力傳遞函數H_σ(ω|θ)。

第三步，參數化波浪譜；

通過將結構應力傳遞函數與海浪譜疊加組合，并得出結構應力的短期響應，選取勞曼譜、P-M譜、ISSC譜、勃氏譜、光易型譜、規范譜以及JONSWAP譜中與實際海域海情最為接近海浪譜，計算出各種波譜的特征參數。

第四步，計算結構應力能量譜；