童 波，鄒 麗，李永剛，張九鳴，趙 建，孫鐵志, 3

(1.中國(guó)船舶工業(yè)集團(tuán)公司第七〇八研究所，上海 200023; 2.大連理工大學(xué) 船舶工程學(xué)院，遼寧 大連 116024; 3.大連理工大學(xué) 工業(yè)裝備結(jié)構(gòu)分析國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 大連 116024; 4.高技術(shù)船舶與深海開發(fā)裝備協(xié)同創(chuàng)新中心，上海 200240)

隨著海底油氣開采逐漸向深水域和超深水域發(fā)展，具有優(yōu)異水動(dòng)力性能、運(yùn)動(dòng)性能、變載荷性能及抗風(fēng)浪能力的半潛式海洋平臺(tái)，得到了廣泛的發(fā)展[1]。半潛式平臺(tái)作為一種深水作業(yè)平臺(tái)，長(zhǎng)期在某海域內(nèi)服役，為保證平臺(tái)正常作業(yè)的安全性，需考慮多變的海洋環(huán)境和極端海況，而波浪荷載作為平臺(tái)的主要環(huán)境荷載，對(duì)平臺(tái)的安全評(píng)價(jià)具有重要意義。

李輝等[2]對(duì)適用于半潛式平臺(tái)波浪載荷計(jì)算的確定性和隨機(jī)性設(shè)計(jì)波法(譜分析方法)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)依據(jù)DNV規(guī)范，隨機(jī)性設(shè)計(jì)波法確定的載荷特征值要小于確定性設(shè)計(jì)波法確定的載荷特征值。Pei等[3]和李紅濤等[4]對(duì)比研究了確定性設(shè)計(jì)波法、隨機(jī)性設(shè)計(jì)波法和長(zhǎng)期預(yù)報(bào)設(shè)計(jì)波法，發(fā)現(xiàn)隨機(jī)性設(shè)計(jì)波法和長(zhǎng)期預(yù)報(bào)設(shè)計(jì)波法計(jì)算結(jié)果較為接近，確定性設(shè)計(jì)波法計(jì)算結(jié)果偏于保守，但簡(jiǎn)單快速，適用于初步設(shè)計(jì)。陳鵬等[5]在隨機(jī)波浪及風(fēng)、流載荷條件下，對(duì)半潛式平臺(tái)進(jìn)行了水動(dòng)力性能計(jì)算，結(jié)果表明平臺(tái)在高頻區(qū)域內(nèi)運(yùn)動(dòng)性能表現(xiàn)良好。孫雷等[6]采用確定性設(shè)計(jì)波法，對(duì)半潛式平臺(tái)進(jìn)行了頻域和時(shí)域計(jì)算，并提取了各浪向下的設(shè)計(jì)波，將其映射在平臺(tái)上，分析了平臺(tái)受到的波浪載荷等效壓力云圖。嚴(yán)文軍等[7-8]采用譜分析方法，對(duì)半潛式平臺(tái)進(jìn)行了水動(dòng)力載荷預(yù)報(bào)和結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析，研究發(fā)現(xiàn)高應(yīng)力區(qū)域會(huì)發(fā)生在立柱與上部結(jié)構(gòu)連接處以及橫撐與立柱連接處。謝文會(huì)等[9]進(jìn)行了平臺(tái)在危險(xiǎn)波浪載荷條件下的強(qiáng)度分析，發(fā)現(xiàn)立柱與橫撐連接處應(yīng)力水平較高。白艷彬等[10]利用隨機(jī)性設(shè)計(jì)波法，對(duì)平臺(tái)結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位進(jìn)行了波浪頻率和浪向的敏感性分析。Ma等[11]對(duì)半潛式平臺(tái)進(jìn)行了在風(fēng)、浪聯(lián)合荷載作用下的短期結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)分析，發(fā)現(xiàn)在甲板、甲板與立柱連接處、立柱和浮體連接處會(huì)出現(xiàn)較大的應(yīng)力值。Wang等[12]對(duì)平臺(tái)水平支撐在惡劣波浪載荷作用下的載荷評(píng)估進(jìn)行了試驗(yàn)研究。Ghafaria等[13]對(duì)在風(fēng)、浪荷載聯(lián)合作用下的半潛式平臺(tái)進(jìn)行了頻域和時(shí)域分析，并探討了浮筒尺寸和系泊索張力對(duì)平臺(tái)動(dòng)力響應(yīng)的影響。Mojtaba等[14]探討了波浪波高和頻率兩個(gè)因素對(duì)半潛式平臺(tái)頻域分析中運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的影響。

北海是大西洋東北部邊緣海，位于歐洲大陸的西北部，其油氣資源豐富，海底石油藏量居世界第三位。然而北海地區(qū)氣旋活動(dòng)頻繁，海洋環(huán)境十分惡劣，其波浪條件復(fù)雜多變，最大波高可超過30 m[15-16]，為保證平臺(tái)在北海海洋環(huán)境下安全作業(yè)，需單獨(dú)設(shè)計(jì)平臺(tái)。在對(duì)平臺(tái)進(jìn)行水動(dòng)力性能分析后，須進(jìn)一步進(jìn)行平臺(tái)在波浪載荷作用下的結(jié)構(gòu)靜力分析，以確定危險(xiǎn)工況，為平臺(tái)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考[17]。以A、B兩型半潛式平臺(tái)為研究對(duì)象，其中B型平臺(tái)以A型平臺(tái)為母型進(jìn)行了水動(dòng)力性能改進(jìn)，以適用于北海海域作業(yè)環(huán)境。在AWQA水動(dòng)力分析的基礎(chǔ)上，計(jì)算得到水動(dòng)力衍射/輻射的頻域結(jié)果，將頻域計(jì)算結(jié)果中的動(dòng)水壓力作為輸入項(xiàng)，利用ANSYS軟件，從結(jié)構(gòu)響應(yīng)角度進(jìn)行兩型平臺(tái)在操作最大吃水工況下的波浪載荷敏感性分析，即在不同入射角度、不同周期規(guī)則波作用下的結(jié)構(gòu)靜力分析。進(jìn)而確定兩型平臺(tái)的危險(xiǎn)工況，并通過比較兩型平臺(tái)響應(yīng)的異同，為平臺(tái)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。

1 計(jì)算方法

假設(shè)流體為無黏、無旋、不可壓縮的理想流體，基于線性勢(shì)流理論進(jìn)行半潛式平臺(tái)水動(dòng)力計(jì)算分析。引入微幅波假設(shè)后，根據(jù)拉普拉斯方程、線性化自由水面條件、水底條件和物面條件，求得無航速入射波速度勢(shì)：

(1)

式中：A為遭遇波浪的波幅；ω為遭遇波浪頻率；β為浪向角；k為波數(shù)；h為水深；g為重力加速度；i2=-1。

根據(jù)入射波速度勢(shì)求得波面函數(shù)為：

ζ(x,y,t)=ARe[ei[ωt-k(xcosβ+ysinβ)]

(2)

在線性理論中，利用線性疊加原理，可將總速度勢(shì)分解為入射波速度勢(shì)Φ0、繞射勢(shì)ΦD和輻射勢(shì)ΦR：

Φ(x,y,z,t)=Φ0(x,y,z,t)+ΦD(x,y,z,t)+ΦR(x,y,z,t)

(3)

式(3)中入射波速度勢(shì)Φ0為：

(4)

利用格林函數(shù)法求解速度勢(shì)函數(shù)，采用源匯分步法，可將繞射勢(shì)與輻射勢(shì)表達(dá)為：

(5)

(6)

其中，(σD,σR)T為分布在濕表面的源強(qiáng)，S為物體邊界，P(x,y,z)為固定不動(dòng)的場(chǎng)點(diǎn)，Q(ξ,η,ζ)是物體表面上的動(dòng)點(diǎn)。G(P,Q)為格林函數(shù)，其滿足Laplace方程及邊界條件，表達(dá)式為：

(7)

其中，R和r為場(chǎng)點(diǎn)與動(dòng)點(diǎn)的平面與空間距離，即

(8)

(9)

(10)

式中：P.V.是取積分的柯西主值；J0是第一類零階Bessel函數(shù)。

建立濕表面源強(qiáng)與格林函數(shù)的積分方程(式11)，并通過Hess-Smith方法，在濕表面范圍內(nèi)求解方程，便可求得源強(qiáng)分布(σD,σR)T。

(11)

求得速度勢(shì)Φ后，由Bernoulli方程可得作用于平臺(tái)濕表面的水動(dòng)壓力：

(12)

作用于平臺(tái)濕表面的水動(dòng)壓力映射到結(jié)構(gòu)單元上，便可得作用在結(jié)構(gòu)單元上的水動(dòng)力載荷。將每個(gè)結(jié)構(gòu)單元壓力積分點(diǎn)的位置映射到水動(dòng)力單元上，其中積分點(diǎn)水動(dòng)力壓力實(shí)部和虛部值由水動(dòng)力單元的節(jié)點(diǎn)值線性插值而成，對(duì)各積分點(diǎn)進(jìn)行積分從而得到作用在結(jié)構(gòu)單元上的水動(dòng)力載荷。在給定的相位角φi下，作用在結(jié)構(gòu)單元上的水動(dòng)力壓力如式(13)所示：

(13)

其中，Preal(θ,ωi)為水動(dòng)力數(shù)據(jù)中壓力的實(shí)部值；Pimag(θ,ωi)為水動(dòng)力數(shù)據(jù)中壓力的虛部值。

2 計(jì)算模型

文中分析對(duì)象為兩型半潛式平臺(tái)A與B，其中A型平臺(tái)為柱穩(wěn)式半潛平臺(tái)，由2個(gè)下浮體和4個(gè)方形立柱提供浮力，目標(biāo)海域?yàn)槟鞲鐬臣鞍臀鞯人?；B型平臺(tái)同為柱穩(wěn)式半潛平臺(tái)，其以A型平臺(tái)為母型進(jìn)行了主尺度、橫撐等結(jié)構(gòu)形式改進(jìn)，以優(yōu)化其水動(dòng)力性能并適用于北海海域作業(yè)環(huán)境。A、B兩型半潛式平臺(tái)的固有頻率分別為0.187 2 Hz和0.179 0 Hz，其主尺度如表1所示。以平臺(tái)總寬方向?yàn)閤軸，總長(zhǎng)方向?yàn)閥軸，垂直方向?yàn)閦軸，忽略甲板上層建筑，僅對(duì)模型主體進(jìn)行建模，所建兩型平臺(tái)的幾何模型如圖1所示。

表1 兩型半潛式平臺(tái)主尺度

圖1 兩型半潛式平臺(tái)幾何模型

圖2 兩型半潛平臺(tái)網(wǎng)格劃分

3 計(jì)算工況設(shè)置

波浪入射方向設(shè)置為0°～90°(0°為沿著浮箱方向的入射角度)，并以15°為間隔，分為7個(gè)入射角度進(jìn)行計(jì)算。

入射波波高的設(shè)定采用確定性設(shè)計(jì)波分析方法，波浪相位角為0°。確定性設(shè)計(jì)波方法的計(jì)算量相對(duì)較小，計(jì)算結(jié)果偏于保守，在工程上應(yīng)用較多[2-4]。確定性設(shè)計(jì)波方法根據(jù)某海域的百年一遇最大波高與相應(yīng)的波陡關(guān)系式換算出不同周期下規(guī)則波波高，其中最大波陡計(jì)算公式[17]為：

(14)

式中：S為波陡；T為規(guī)則波周期；H100為百年一遇最大波高。

規(guī)則波波高計(jì)算公式[17]為：

H=S·gT2/2π

(15)

式中：H為規(guī)則波波高，g為重力加速度。

基于Global Waves Statistics提供的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，利用三參數(shù)Weibull分布推算得到北海海域百年一遇最大波高為31.62 m，極值波周期為18.13 s。美國(guó)船級(jí)社規(guī)定確定性設(shè)計(jì)波法的規(guī)則波浪周期在3～15 s區(qū)間范圍內(nèi)[18]，因此結(jié)合北海海域極值波周期，入射波浪的周期范圍為3～20 s，在計(jì)算過程中，以0.5 s為間隔進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)式(14)和式(15)，不同周期入射波對(duì)應(yīng)的規(guī)則波波高值如表2所示。

表2 入射波周期波高對(duì)應(yīng)表

首先利用AQWA對(duì)兩型平臺(tái)進(jìn)行水動(dòng)力分析，并完成頻域計(jì)算，得到其在規(guī)則波作用下水動(dòng)力衍射/輻射的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)水壓力響應(yīng)。在此基礎(chǔ)上，以頻域計(jì)算結(jié)果為輸入項(xiàng)，利用ANSYS，進(jìn)行兩型平臺(tái)在不同入射角度、不同周期規(guī)則波作用下的結(jié)構(gòu)載荷敏感性分析。頻域計(jì)算提供結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析的全部輸入項(xiàng)，因此頻域分析的收斂性可以保證強(qiáng)度計(jì)算的收斂性。

吳立表示，從國(guó)外經(jīng)驗(yàn)來看，短期內(nèi)在國(guó)內(nèi)根除非洲豬瘟疫情并不現(xiàn)實(shí)，防控將是持久戰(zhàn)。中小散戶發(fā)生豬瘟疫情的概率要遠(yuǎn)大于規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)。目前國(guó)內(nèi)的生豬調(diào)運(yùn)已基本停止，且生豬調(diào)運(yùn)限制將長(zhǎng)期存在。政策導(dǎo)向上將保護(hù)種豬場(chǎng)及規(guī)模場(chǎng)，加速中小養(yǎng)殖場(chǎng)的退出。

4 計(jì)算結(jié)果與分析

4.1 兩型平臺(tái)等效彈性應(yīng)力響應(yīng)對(duì)比分析

4.1.1 兩型平臺(tái)等效彈性應(yīng)力分布云圖對(duì)比分析

針對(duì)A型半潛式平臺(tái)，首先進(jìn)行了在入射周期范圍為3～20 s，入射角度范圍為0°～60°的規(guī)則波作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)計(jì)算，其中不同周期規(guī)則波的波高由設(shè)計(jì)波法確定。所得結(jié)果以入射角度0°為例，如圖3所示。研究發(fā)現(xiàn)，隨波浪周期的增大，最大等效彈性應(yīng)力依次出現(xiàn)在立柱表面中部和浮體表面中部、上下甲板中部和邊緣以及上下甲板連接處、浮體表面中部。當(dāng)入射角度為75°和90°時(shí)，在橫撐和立柱的連接處也存在明顯的高應(yīng)力區(qū)，如圖4所示(以波浪周期8 s為例)。

對(duì)于B型半潛式平臺(tái)，在不同周期、入射角度為0°、15°、30°和45°的波浪作用下，平臺(tái)的最大等效應(yīng)力主要分布在立柱表面中部、上下甲板中部和邊緣以及上下甲板連接處、立柱與浮體連接處、浮體表面中部，如圖5所示(以入射角度15°為例)。當(dāng)入射波浪角度為60°、75°、90°時(shí)，在橫撐和立柱的連接處也會(huì)出現(xiàn)較大的應(yīng)力分布，如圖6所示(以波浪周期8 s為例)。

圖3 A型半潛式平臺(tái)等效彈性應(yīng)力分布云圖(入射角度為0°)

圖4 A型半潛式平臺(tái)等效彈性應(yīng)力分布云圖(入射周期為8 s)

圖5 B型半潛式平臺(tái)等效彈性應(yīng)力分布云圖(入射角度為15°)

圖6 B型半潛式平臺(tái)等效彈性應(yīng)力分布云圖(入射周期為8 s)

由上述平臺(tái)的等效應(yīng)力云圖可知，兩型平臺(tái)在立柱表面中部、浮箱表面中部、上下甲板中部和邊緣以及上下甲板連接板處、橫撐和立柱的連接處，都會(huì)出現(xiàn)較大的等效彈性應(yīng)力分布。此外，B型平臺(tái)在立柱與浮體的連接處也會(huì)出現(xiàn)較大的應(yīng)力值。因此兩型平臺(tái)在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)時(shí)需對(duì)這些應(yīng)力集中部位進(jìn)行加強(qiáng)，以滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求。

4.1.2 兩型平臺(tái)最大等效彈性應(yīng)力曲線對(duì)比分析

為確定兩型平臺(tái)最危險(xiǎn)的工況，針對(duì)不同入射角度，分別分析兩型平臺(tái)最大等效彈性應(yīng)力隨波浪周期的變化，如圖7、圖8所示。由圖7中A型半潛式平臺(tái)最大等效應(yīng)力隨周期變化曲線可以發(fā)現(xiàn)，在不同入射角度下，曲線在波浪周期為9～12 s和16～18 s處會(huì)存在兩處大小不同的峰值。當(dāng)波浪周期在3～15 s時(shí)，在相同周期下，入射角度越大，應(yīng)力值越大；而在周期為15～20 s時(shí)，各個(gè)角度下的應(yīng)力值趨于一致。由圖7和圖8可知，各入射角度下最危險(xiǎn)工況對(duì)應(yīng)的入射波浪周期為17 s左右。

圖7 A型半潛式平臺(tái)最大等效應(yīng)力曲線

圖8 B型半潛式平臺(tái)最大等效應(yīng)力曲線

由圖8中B型半潛式平臺(tái)最大等效應(yīng)力隨周期變化曲線可知，當(dāng)入射波方向?yàn)?°和15°時(shí)，曲線會(huì)在周期14～16 s和17～19 s出現(xiàn)兩個(gè)峰值，最危險(xiǎn)工況出現(xiàn)在周期18 s左右。當(dāng)浪向?yàn)?0°和45°時(shí)，會(huì)在10～12 s、14～16 s和17～20 s出現(xiàn)三個(gè)峰值，最危險(xiǎn)工況出現(xiàn)在周期18 s左右。當(dāng)浪向?yàn)?0°、75°和90°時(shí)，曲線在波周期10～12 s和17～20 s范圍內(nèi)出現(xiàn)兩個(gè)峰值，最危險(xiǎn)工況對(duì)應(yīng)的入射波浪周期為11 s左右。當(dāng)波浪周期為3～15 s時(shí)，在相同周期下，入射角度越大，應(yīng)力值越大；在波浪周期為15～20 s時(shí)，各個(gè)角度下的應(yīng)力值趨于一致。

對(duì)比圖7和圖8，在操作最大吃水工況下，A型半潛式平臺(tái)各入射角度下最危險(xiǎn)工況對(duì)應(yīng)的入射波浪周期為17 s左右；而B型半潛式平臺(tái)在0°～45°入射角度之內(nèi)最危險(xiǎn)工況對(duì)應(yīng)的入射波浪周期為18 s左右，在入射角度大于45°時(shí)，最危險(xiǎn)工況對(duì)應(yīng)的入射波浪周期為11 s左右。在波浪入射方向?yàn)?5°、60°、75°和90°時(shí)，在最危險(xiǎn)周期下，B型半潛式平臺(tái)的最大等效應(yīng)力值要大于A型半潛式平臺(tái)的最大等效應(yīng)力值；在波浪入射方向?yàn)?°、15°和30°時(shí)，B型平臺(tái)的最大等效應(yīng)力值要小于A型平臺(tái)的最大等效應(yīng)力值。

4.2 兩型平臺(tái)等效彈性應(yīng)變響應(yīng)對(duì)比分析

4.2.1 兩型平臺(tái)等效彈性應(yīng)變分布對(duì)比分析

為確定兩型平臺(tái)結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)變位置，分別分析不同工況下的應(yīng)變。如圖9所示(以入射角度0°為例)，對(duì)于A型半潛式平臺(tái)在不同周期、入射角度為0°～60°的波浪作用下，與應(yīng)力分布規(guī)律相似，隨波浪周期的增大，最大等效彈性應(yīng)變依次出現(xiàn)在立柱表面中部和浮體表面中部、上下甲板中部和邊緣以及上下甲板連接處、浮體表面中部。如圖10所示(以波浪周期8 s為例)，當(dāng)入射角度為75°和90°時(shí)，在橫撐和立柱的連接處也會(huì)出現(xiàn)較大的應(yīng)變分布。

圖9 A型半潛式平臺(tái)等效彈性應(yīng)變分布云圖(入射角度為0°)

圖10 A型半潛式平臺(tái)等效彈性應(yīng)變分布云圖(入射周期為8 s)

對(duì)于B型半潛式平臺(tái)，在不同周期、入射角度為0°、15°、30°和45°的波浪作用下，平臺(tái)的最大等效應(yīng)變主要分布在上下甲板中部和邊緣以及上下甲板連接處、立柱與浮體連接處、浮體表面中部，如圖11所示(以入射角度15°為例)。當(dāng)入射波浪角度為60°、75°、90°時(shí)，在橫撐和立柱的連接處也會(huì)出現(xiàn)較大的應(yīng)變分布，如圖12所示(以波浪周期8 s為例)。

圖11 B型平臺(tái)等效彈性應(yīng)變分布云圖(入射角度為15°)

圖12 B型平臺(tái)等效彈性應(yīng)變分布云圖(入射周期為8 s)

由上述平臺(tái)的等效應(yīng)變?cè)茍D可知，兩型平臺(tái)在立柱表面中部、浮箱表面中部、上下甲板中部和邊緣以及上下甲板連接板處、橫撐和立柱的連接處，都會(huì)出現(xiàn)較大的等效彈性應(yīng)變分布。其中，對(duì)于B型平臺(tái)在立柱與浮體的連接處也會(huì)出現(xiàn)較大的應(yīng)變值。

4.2.2 兩型平臺(tái)最大等效彈性應(yīng)變對(duì)比分析

為確定兩型平臺(tái)最危險(xiǎn)的工況，針對(duì)不同入射角度，分別分析兩型平臺(tái)最大等效彈性應(yīng)變隨波浪周期的變化。

由圖13中A型半潛式平臺(tái)最大等效應(yīng)變隨周期變化曲線可以發(fā)現(xiàn)，在不同入射角度下，曲線在波浪周期為9～12 s和16～18 s處存在兩處大小不同的峰值。當(dāng)波浪周期在5～15 s時(shí)，在相同周期下，入射角度越大，應(yīng)變值越大。在周期為15～20 s時(shí)，各個(gè)波浪入射角度下的應(yīng)變值趨于一致。由圖可知，對(duì)于各入射角度下，最危險(xiǎn)工況對(duì)應(yīng)的入射波浪周期為17 s左右。

由圖14中B型半潛式平臺(tái)最大等效應(yīng)變隨周期變化曲線可知，當(dāng)入射波方向?yàn)?°和15°時(shí)，會(huì)在周期為14～16 s和17～19 s出現(xiàn)兩個(gè)峰值，最危險(xiǎn)工況出現(xiàn)在周期18 s左右。當(dāng)浪向?yàn)?0°和45°時(shí)，會(huì)在10～12 s、14～16 s和17～20 s出現(xiàn)三個(gè)峰值，最危險(xiǎn)工況出現(xiàn)在周期18 s左右。當(dāng)浪向?yàn)?0°、75°和90°時(shí)，曲線在波周期10～12 s和17～20 s范圍內(nèi)出現(xiàn)兩個(gè)峰值，最危險(xiǎn)工況對(duì)應(yīng)的入射波浪周期為11 s左右。當(dāng)波浪周期為5～15 s時(shí)，在相同周期下，入射角度越大，應(yīng)變值越大。在波浪周期為15～20 s時(shí)，各個(gè)角度下的應(yīng)變值趨于一致。

對(duì)比圖13和圖14可知，在操作最大吃水工況下，A型半潛式平臺(tái)各入射角度下，最危險(xiǎn)工況對(duì)應(yīng)的入射波浪周期為17 s左右；B型半潛式平臺(tái)在0°～45°入射角度之內(nèi)，最危險(xiǎn)工況對(duì)應(yīng)的入射波浪周期為18 s左右，在入射角度大于45°時(shí)，最危險(xiǎn)工況對(duì)應(yīng)的入射波浪周期為11s左右。在波浪入射方向?yàn)?5°、60°、75°和90°時(shí)，在最危險(xiǎn)周期下，B型半潛式平臺(tái)的最大等效應(yīng)變值要大于A型半潛式平臺(tái)的最大等效應(yīng)變值；在波浪入射方向?yàn)?°、15°和30°時(shí)，B型半潛式平臺(tái)的最大等效應(yīng)變值要小于A型半潛式平臺(tái)的最大等效應(yīng)變值。

圖13 A型半潛式平臺(tái)最大等效應(yīng)變曲線

圖14 B型半潛式平臺(tái)最大等效應(yīng)變曲線

5 結(jié) 語

針對(duì)A型和B型半潛式平臺(tái)，以頻域計(jì)算結(jié)果為輸入，在操作最大吃水工況下，分別分析了平臺(tái)在規(guī)則波作用下的等效彈性應(yīng)力和應(yīng)變響應(yīng)。研究表明：

1)兩型平臺(tái)各自的應(yīng)力與應(yīng)變分布云圖以及應(yīng)力、應(yīng)變幅值曲線的變化規(guī)律基本一致，故認(rèn)為平臺(tái)的應(yīng)變均在彈性形變范圍內(nèi)。

2)兩型平臺(tái)在立柱表面中部、浮箱表面中部、上下甲板中部和邊緣以及上下甲板連接板處、橫撐和立柱的連接處，都會(huì)出現(xiàn)較大的等效彈性應(yīng)力和應(yīng)變分布。其中，B型半潛式平臺(tái)在立柱與浮體的連接處也會(huì)出現(xiàn)較大的應(yīng)力、應(yīng)變值，因此在設(shè)計(jì)建造過程中這些部位要給予足夠的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)。

3)A型半潛式平臺(tái)各入射角度下最危險(xiǎn)工況對(duì)應(yīng)的入射波浪周期為17 s左右；而B型半潛式平臺(tái)在0°～45°入射角度之內(nèi)最危險(xiǎn)工況對(duì)應(yīng)的入射波浪周期為18 s左右，在入射角度大于45°時(shí)，最危險(xiǎn)工況對(duì)應(yīng)的入射波浪周期為11s左右。

4)在波浪入射方向?yàn)?5°、60°、75°和90°時(shí)，在最危險(xiǎn)周期下，B型半潛式平臺(tái)的最大等效應(yīng)力、應(yīng)變值要大于A型半潛式平臺(tái)的最大等效應(yīng)力、應(yīng)變值，在波浪入射方向?yàn)?°、15°和30°時(shí)，B型半潛式平臺(tái)的最大等效應(yīng)力、應(yīng)變值要小于A型半潛式平臺(tái)的最大應(yīng)力、應(yīng)變值。

綜上所述，兩型平臺(tái)最大應(yīng)力的分布位置相似，但是存在不同的最危險(xiǎn)波相角及波周期，應(yīng)計(jì)入結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的考量范圍。同時(shí)以A型半潛式平臺(tái)為母型，進(jìn)行水動(dòng)力性能改進(jìn)后的B型半潛式平臺(tái)，可能存在結(jié)構(gòu)上的不足，因此在基于母型平臺(tái)改進(jìn)新型平臺(tái)時(shí)，要對(duì)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行全面分析與優(yōu)化。