基于Sesam仿真的原油转驳船主机基座强度校核.pdf
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1、第38 卷第5期2023年10 月文章编号:10 0 1-450 0(2 0 2 3)0 5-0 0 2 7-0 6中国海洋平台CHINA OFFSHORE PLATFORMVol.38 No.5Oct.,2023DOl:10.12226/j.issn.1001-4500.2023.05.20230505基于Sesam仿真的原油转驳船主机基座强度校核张永康,余龙激,林超辉1*,池元清1,赵勇平3,高航,李荣,仇明(1.广东工业大学机电工程学院,广东广州510 0 0 6;2.南通中远海运船务工程有限公司,江苏南通2 2 6 0 2 6;3.广东中远海运重工有限公司,广东广州510 7 0 0)
2、摘要:为保证主机基座满足原油转驳船(CrudeTransferVessel,CT V)正常工作时的强度要求,建立CTV主机基座的三维仿真模型。采用Sesam软件在多种载荷施加状态下对主机基座的应力分布和自振性进行分析和校核。结果表明,主机基座区域应力最大值为2 37 MPa,低于最大许用应力2 8 4MPa。当主机正常工作时,基座各节点振动位移不超过3mm,且固有频率处于危险共振频率区间外,不会产生有害振动。主机基座结构强度符合CTV船体技术要求。关键词:原油转驳船(CrudeTransferVessel,C T V);主机基座;有限元分析;强度校核中图分类号:U661.43文献标志码:ASt
3、rength Check on Main Engine Foundationof Crude Transfer Vessel Based on Sesam SimulationZHANG Yongkang,YU Longweil,LIN Chaohuil*,CHI Yuanqing,ZHAO Yongping,GAO Hang,LI Rong,QIU Ming?(1.School of Mechatronic Engineering,Guangdong University of Technology,Guangzhou 510006,Guangdong,China;2.COSCO Shipp
4、ing(Nantong)Shipyard Co.,Ltd.,Nantong 226026,Jiangsu,China;3.COSCO Shipping Heavy Industry(Guangdong)Co.,Ltd.,Guangzhou 510700,Guangdong,China)Abstract:In order to ensure that the main engine foundation can meet the strength requirements of theCrude Transfer Vessel(CTV)under normal operations,a thre
5、e-dimensional simulation model of CTV mainengine foundation is established.The Sesam software is used to analyze and check the stress distribution andnatural vibration of the main engine foundation under various loading states.The results show that the maximumregional stress of the main engine found
6、ation is 237 MPa,which is lower than the maximum allowable stress of284 MPa.When the main engine works normally,the vibration displacement of each node of the foundation does基金项目:广东省海洋经济发展(海洋六大产业)专项资金项目“低应力长寿命现场激光锻造增材修复技术与智能装备研发”(粤自然资合【2 0 2 3】0 2 8 号);广东省自然科学基金“海上风电装备激光锻造电弧复合增材修复技术研究”(编号:2 0 2 2 B1
7、515250004)作者简介:张永康(196 3一),男,教授,研究方向为激光锻造技术和海洋工程装备抗疲劳制造*通信作者:林超辉(198 9一),男,讲师,研究方向为激光锻造复合增材再制造技术28not exceed 3 mm,the natural frequency is outside the dangerous resonance frequency range,and harmfulvibration will not be generated.The structural strength of the main engine foundation meets the techni
8、calrequirements of CTV hull.Key words:Crude Transfer Vessel(CTV);main engine foundation;finite element analysis;strength check0 引 言近年来,世界陆地油气资源日益匮乏,促使各国加大力度进行深海油气资源的探索和开发,导致浮式生产储卸油装置(FloatingProductionStorageandOffloading,FPSO)的数量出现爆发式增长,这对配套的原油输送设备的运载能力提出更高的要求。目前,常用的“FPSO十穿梭油船”作业模式依靠穿梭油船频繁来往于岸边码头与海
9、上油田之间装卸原油。穿梭油船的造价高、载重量小、作业效率低,导致这种模式的运营成本居高不下1-2 。广东中远海运重工有限公司联合合作单位自主研发一种原油转驳船(Crude Transfer Vessel,CTV),并提出“FPSO+CTV十超大型油船(Very Large Crude Carrier,VLCC)”的新作业模式,即 CTV作为 FPSO 与VLCC之间的一座桥梁,依靠自身的机动性实现对原油的无碰撞安全转驳。如图1所示,该全新的深海原油驳运模式以CTV为核心,通过一进一出2 条输油软管和输送泵形成输送系统:1条输油软管连接FPSO,1条输油软管连接VLCC,CT V通过动力定位保持
10、其与FPSO之间的相对位置,并通过拖缆系泊装置与CTV连接实现动态跟随3-4。输油软管VLCCCTV拖缆输油软管风浪方向图1“FPSO+CTV+VLCC”工作模式CTV主机基座受波浪载荷等环境载荷及主机振动等船体载荷影响,在极端情况下可能发生强度失效,因此在服役前对其进行可靠的强度检验十分重要。本文结合CTV船体结构和工作环境特点,将计算得到的外部载荷传递至主机基座模型,并考中国海洋平台虑惯性力对主机基座的影响,基于Sesam仿真开展CTV主机基座屈服校核和特征值分析。1有限元模型建立1.1全坐标系建立如图2 所示,坐标系xOy平面平行于海平面,船头朝向作为轴正方向,船底板基线中心作为坐标系原
11、点,建立笛卡儿坐标系。在图2 的坐标系中,受风、浪和流作用,船体沿、和轴方向的周期性平移运动分别称为纵荡、横荡和垂荡,沿、和轴方向的周期性角位移运动分别称为横摇、纵摇和摇。垂荡摇纵摇横摇小纵荡X图2 CTV坐标系及周期性运动示例1.2单元定义CTV不同结构采用不同的单元类型进行建模,其中甲板、舱壁和腹板采用壳单元,主梁面板采用梁单元。在定义单元材料属性时,均采用最小屈服强度为355MPa的碳素钢,材料参数如表1所示。FPSO表1材料参数密度/弹性模量/(kg m-3)MPa78502.1X1051.3模型建立船体主要参数如表2 所示。型长L为船体夏季水线船首前端至舵柱后缘的水平距离。型宽B为在
12、船体夏季水线上测得的最大宽度。型深D为船体中部基线与甲板线之间的最大垂直距离。第38 卷第5期横荡屈服强度/泊松比MPa3550.359103第5期参数型长 L/m型宽B/m型深D/m质心坐标X/m根据船体主要参数,采用Sesam软件的GeniE模块建立主机基座及其周围船体结构模型。建模所用的网格尺寸为40 0 mm400mm,局部区域精细建模所用网格尺寸为50 mmX50mm,过渡区域的网格尺寸为2 0 0 mmX200mm。主机基座模型以简单支撑条件(Simplysupport)作为边界条件,即模型边界沿梁或壳单元边缘法线方向的位移为零。主机基座及其周围结构的有限元模型和边界条件如图3所示
13、,其中4个灰色方块为4台主机所处位置。Simply support张永康,等基于 Sesam仿真的原油转驳船主机基座强度校核表2 船体主要参数数值参数85.0质心坐标Y/m20.0质心坐标Z/m10.5吃水深度T/m48.0最大航速V/kn29:pt=k,Cw+kr(3)数值式中:ks取值方式为当海水压强计算位置沿0轴方向距离船体前垂线在0.2 L内时,ks=3Cg十3.8713CB1.025t/m的盐水中的排水体积,当海水压强计算位置沿轴方向距离船体前垂线为0.2 L0.7 L时:k.一2,当海水压强计算位置沿轴方向距离船体后垂线在 0.3L 内时,k,=3G+2%;波浪系数Cw=VCB0.
14、0792L;k t取值为吃水深度T与参数f的较大值,为海水压强计算位置所处横截面与水线相交点至航侧顶部的垂直距离,最大不超过0.8 Cw。最终得到的主机基座海水压强计算结果如图4所示。380729527294 490单位:Pa图3主机基座及周围结构有限元模型和边界条件2幸载荷计算2.1重量载荷主机基座及其周围船体结构的重量载荷由GeniE模块根据材料密度和重力加速度计算得到。此外,每台主机质量为6 58 9 0 kg,其重量载荷也会作用于主机基座。甲板上设备的重量载荷以面载荷的形式进行施加,参与惯性力载荷的计算。2.2海水压强对于主机基座底板和侧面板,不同位置承受的海水压强力计算公式为p=10
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