风电基础运输船结构强度有限元分析

*收稿日期：2017-12-18作者简介：何江飞(1986- )，男，浙江杭州人，工程师，主要从事结构工程设计方面的工作。

某海上风电基础靠船件结构设计及数值分析何江飞，柳振海，汤旅军，余璐庆，黄建武(中国能源建设集团浙江省电力设计院有限公司，浙江 杭州　310012)摘要：该文以福建平潭某300MW 海上风电场项目为研究背景，借助ANSYS 和Midas-gen 通用有限元分析软件，实现了导管架靠船件的结构设计和数值分析。

通过能量守恒的方法，计算出不同水位下船舶在正常靠泊和意外撞击下对导管架靠船件的撞击力；继而校核靠船件在正常靠泊及意外撞击工况下的强度和刚度是否满足要求；最后得出相应结论，提出设计建议。

通过实际工程算例，为海上风电导管架基础靠船件的设计和计算提供了参考资料。

关键词：海上风电；导管架基础；靠船件；结构设计；数值分析。

中图分类号：TK83 文献标志码：B 文章编号：(2018)03-0064-06Numerical Analysis and Structural Design of Berthing Membersof Jacket Foundation for an Offshore Wind FarmHE Jiang-fei, LIU Zhen-hai, TANG Lv-jun, YU Lu-qing, HUANG Jian-wu(Zhejiang Electric Power Design Institute Co., Ltd. of CEEC, Hangzhou 310012, China)Abstract: This paper achieves a numerical analysis and structural design of berthing members of offshore wind turbine foundation in Fujian Pingtan by using finite element software ANSYS and Midas-gen ．Based on the energy conservation law, impact loads of berthing members under the circumstances of normal berthing and accidental impact under different water levels are calculated ．The strength and stiffness of berthing members are verified ．Finally, conclusion and recommendations are concluded ．The results can provide reference for the design and calculation of berthing members of jacket foundation through practical project.Key words: offshore wind farm; jacket foundation; berthing member; structural design; numerical analysis.随着国家对能源、电力的需求增加，对海上风电的开发速度在不断加快，近年来在我国海域新建的海上风电项目与日俱增，而作为海上风电的重要基础形式的导管架结构，在复杂的海洋环境中(特别是在深水海域)应用非常广泛。

船舶结构强度分析中有限元模拟研究船舶是一个复杂的结构系统，其结构强度的验证和评估是一个非常重要的任务。

船舶操作环境的变化和船体负荷情况的不同可能会对船舶结构系统造成很大的影响。

因此，对于船舶结构强度分析的研究也变得越来越重要。

其中，有限元模拟是评估船舶结构强度的一种有效方法。

本文将深入探讨船舶结构强度分析中有限元模拟的研究内容。

一、船舶结构强度分析船舶结构强度分析是指针对船舶结构的材料性能、结构疲劳、碰撞、波浪荷载等进行分析，以确定船舶结构在正常航行或在极端情况下（如船舶碰撞、航行在大浪中等）的承受能力。

船舶结构有着严格的设计和要求，因为其直接关系到船舶的安全和寿命。

船舶结构的材料和结构设计、检验、评估和强度计算，都需要考虑到不同的条件和要求，同时，船舶结构的工作环境和应用场景对其强度分析也有着重要的影响因素。

二、有限元模拟有限元模拟是使用数学方法对船舶结构进行强度分析的一种方法。

在有限元模拟中，将结构物分成许多小的网格单元，分别描述其中每一部分的材料、质量和物理属性，最后使用数值计算方法求解所有小的网格单元在外部力和边界条件作用下的响应。

根据这些响应结果，可以得到整个结构物的形变和应力状态，从而进行调整和优化结构的设计。

有限元模拟主要应用于三类结构强度问题的求解。

第一类是线性问题，这类问题通常涉及单一外部载荷或重力负荷下的结构稳态分析。

在这种情况下，解能够通过线性代数方法得到。

第二类问题是非线性问题，通常涉及到材料的非线性行为，如弹性-塑性材料的应变硬化特性。

这类问题通常需要求解非线性方程组，并且需要考虑到结构应力集中的区域。

第三类问题是动力问题，为瞬态行为和非稳定结构系统的性能分析。

例如，波浪可引起船舶结构物的动态应力响应。

三、有限元模拟在船舶结构强度分析中的应用在船舶结构强度分析中，有限元模拟是一种高度灵活且可靠的分析方法。

有限元分析的优点在于可以通过受力分析得到结构物的应力和变形状态，这样可以得出适当的形状和尺寸以满足稳定和强度要求。

28000 t多用途船首楼加强结构有限元强度分析本文将针对一艘28000 t多用途船的首楼加强结构进行有限元强度分析。

首先，介绍该船的基本情况和首楼结构设计方案，然后，给出有限元模型和边界条件。

接着，进行计算，并分析其结果。

最后，提出一些建议和结论。

一、船舶基本情况该船为中国造船集团公司设计研究院设计，船长度为190.00m，船宽为32.26m，型深为18.10m，设计总吨位为28000t。

该船为多用途船，可用于散货运输、集装箱运输、油船等不同类型的货物运输。

首楼位于船头部分，是船体结构中较为重要的部分，需要进行加强以达到防护和支撑作用。

二、首楼结构设计方案为了提高首楼强度和稳定性，在船体设计中需要对首楼进行加强。

首先，在原有首楼结构基础上加装侧板，提高侧部强度；其次，加装绞刀柱和纵梁，提高纵向支撑能力；再次，加固首楼底板，增加底部强度。

三、有限元模型和边界条件在进行有限元分析前，需要建立一个精细的有限元模型。

首先，对整个船体进行数值化建模，包括船体的各个结构部分。

然后，按照首楼加强结构设计方案，对首楼部分进行加固，建立新的有限元模型。

接着，需要确定边界条件。

在进行有限元计算时，需要确定边界条件，以便进行一个完整的力学分析。

由于首楼位于船体的前部，处于海浪和风浪影响较大的区域，需要考虑风浪载荷的影响。

同时，还需要考虑船体的移动和弯曲等因素。

四、计算与分析在确定有限元模型和边界条件后，进行了有限元计算和强度分析。

在计算过程中，考虑了船体在不同风浪条件下的载荷，进行了强度分析和振动分析。

根据计算结果可以得出：首楼加强结构设计方案符合设计要求，能够提高船体的强度和稳定性。

在不同风浪条件下，首楼结构都有足够的强度和稳定性，能够保证船舶在航行时的安全性和稳定性。

五、建议和结论针对以上计算和分析结果，提出如下建议和结论：(1) 首楼加强结构设计方案符合设计要求，能够提高船体的强度和稳定性。

(2) 在进行船体设计时，需要综合考虑船舶的航行条件和使用要求，以便确定最佳的结构设计方案。