﻿ 海上风电安装船结构强度分析 Structural Strength Analysis of Offshore Wind Turbine Installation Vessel

International Journal of Mechanics Research
Vol.05 No.01(2016), Article ID:17261,8 pages
10.12677/IJM.2016.51004

Structural Strength Analysis of Offshore Wind Turbine Installation Vessel

Ke Chen1, Xiqiu Zhang2, Xiangyu Lei3

1China Shipping Container Lines Co., Ltd., Shanghai

2Maritime College, Shandong Jiaotong University, Weihai Shandong

3School of Naval Architecture and Ocean Engineering, Harbin Institute of Technology (Weihai), Weihai Shandong

Received: Mar. 9th, 2016; accepted: Mar. 27th, 2016; published: Mar. 30th, 2016

ABSTRACT

The environment load, design load and functional load acting on 86.7 m offshore wind turbine installation vessel were calculated in this paper, and 8 cases including jack-up fixing, lifting and pre-pressure of normal operation were determined. Commercial FEM software—ABAQUS was applied to model the whole hull and structural strength of key components of ship was analyzed. The numerical simulation process could be referred on design of offshore wind turbine installation vessel.

1中海集装箱运输股份有限公司，上海

2山东交通学院海运学院，山东 威海

3哈尔滨工业大学(威海)船舶与海洋工程学院，山东 威海

1. 引言

2. 全船有限元模型的建立

3. 计算工况的确定

Figure 1. Finite element model of the whole ship

Figure 2. Finite element model of ship hull

3.1. 重力及功能载荷

3.2. 环境载荷

(1)

(2)

——平台在正浮或倾斜状态时候受风构件的正投影面积，m2——受风构件的高度系数，其值可以根据构件的高度h (构件型心到设计水面的垂直距离)；——受风构件形状系数，可以根据风洞试验确定。

(3)

(4)

3.3. 设计载荷与货物载荷

3.4. 计算工况的确定

4. 计算结果和强度校核

1号工况自升后的固定时船体应力结果见图3。吊机支座固桩架下桩腿、吊机支座固桩架下桩腿边、吊机底座固桩架内部齿轮齿条啮合处应力结果分别见图4~6。

(5)

Figure 3. Stress results of hull in case 1

Figure 4. Stress distribution of pile leg under the support of crane

Figure 5. Stress distribution of the pile frame of the crane

Figure 6. Stress distribution of the gear rack and pinion in the frame of the lifting machine

Table 1. Cases of wind power installation vessel

Table 2. Values of safety factor

Table 3. Critical stress of each part of the hull

Table 4. Summary of stress results of ship hull at different cases (unit: MPa)

5. 结论

1) 全船有限元数值分析方法是海上风电安装船结构强度分析的有效工具。

2) 本船各关键部位应力水平均在许用应力范围内，满足结构强度要求。

3) 在自升固定工况下，结构的应力水平不高，安全程度较高。相比所有工况，5号工况下的各部分应力结果偏于最大，最大应力出现在桩靴与桩腿相接部位。

4) 升降装置结构是主要的受力装置，设计过程中使用强度较大的材料，结构尺寸又大，故整体应力水平不算高。

5) 在各工况中，应力较大的区域主要集中在兼做吊机基座的固桩架周围肘板与甲板相接处，以及即齿轮齿条相接部位容易产生应力集中的现象。这里局部的结构在实际建造中应该进行结构加强。

Structural Strength Analysis of Offshore Wind Turbine Installation Vessel[J]. 力学研究, 2016, 05(01): 26-33. http://dx.doi.org/10.12677/IJM.2016.51004

1. 1. 郭越, 王占坤. 中欧海上风电产业发展比较[J]. 中外能源, 2011, 16(3): 26-30.

2. 2. 刘林, 葛旭波, 张义斌, 等. 我国海上风电发展现状及分析[J]. 能源技术经济, 2012, 24(3): 66-72.

3. 3. 仲颖, 郑源, 刘美琴, 等. 我国东南沿海海上风电场建设的探究[J]. 可再生能源, 2010, 12(11): 4-9.

4. 4. 谌宗琦, 朱翔, 唐永生, 等. 航行工况下自升式风车安装船强度的直接计算[J]. 船舶工程, 2014, 36(S1): 231-235.

5. 5. 姚震球, 唐文献, 马宝, 等. 海上风电安装船关键部位结构强度研究[J]. 中国造船, 2012, 53(2): 79-87.

6. 6. 姚震球, 杨骏. 风暴自存状态下海上风电吊装作业船强度分析[J]. 船舶力学, 2013, 17(11): 1292-1299.

7. 7. 陈灏, 罗展贤. 21000/22600DWT多用途集装箱船结构设计和直接强度计算[J]. 船舶, 1999(4): 19-25.

8. 8. 陈庆强, 朱胜昌, 等. 用整船有限元模型分析方法计算舰船的总纵强度[J]. 船舶力学, 2004, 8(1): 79-85.

9. 9. 中国船级社. 海上移动平台入级规范(2012) [M]. 北京: 人民交通出版社, 2012.