半潜式平台桅杆的构造方法
【专利摘要】一种半潜式平台桅杆的构造方法，包括以下步骤：(1)建立桅杆的结构模型，根据经验初步选取桅杆的材料、设计桅杆的长度、直径和壁厚及布置所述桅杆上的附属件；（2）确定并计算所述桅杆和所述附属件所承受的主要作用力，及计算各作用力对所述桅杆和所述附属件产生的总弯矩；（3）根据所述桅杆和所述附属件的质量、作用力和总弯矩校核所述桅杆的弯曲强度、剪切强度和屈曲强度是否满足规定要求。本发明的构造方法针对目前船舶上的桅杆构造方法已不在适用于半潜式平台的桅杆的设计要求的问题而提出的一种新的构造方法。
【专利说明】半潜式平台桅杆的构造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种桅杆的构造方法，尤其涉及一种应用在半潜式平台上的桅杆的构 造方法。
【背景技术】
[0002] 目前，船舶上面的桅杆的构造方法比较成熟，但对于半潜式平台而言，上述桅杆的 构造方法的应用受到了限制，主要是因为半潜式平台受环境载荷作用后产生的运动响应要 比船舶的复杂的多，需要计算诸如风、浪、流等诸多载荷作用下的运动响应。对于船舶而言， 在风、浪、流的作用下，会有比较大的横摇、纵摇和升沉运动，其中的横摇对桅杆的强度影响 最大，而船舶水平运动时产生的运动加速度比较小，相对于横摇的强度而言，通常可以不予 考虑。而半潜平台由于是小水线面，波浪响应较小，平台水平运动时产生的运动加速度对其 产生的影响是不可忽视的，并且其产生的影响与其他各个因素如，平台升沉运动、平台倾斜 时对桅杆的影响都在同一数量级。因此，目前船舶上面的桅杆的构造方法已无法完全满足 半潜式平台上桅杆的强度要求。
【发明内容】
[0003] 本发明的主要目的在于，提出一种半潜式平台桅杆的构造方法以解决现有技术中 船舶上面的桅杆的构造方法不能满足半潜式平台上桅杆的强度要求的技术问题。
[0004] 为了解决上述技术问题，本发明提供一种半潜式平台桅杆的构造方法，包括以下 步骤：
[0005] (1)建立桅杆的结构模型，建立所述桅杆的结构模型包括：根据经验初步选取桅杆 的材料、设计桅杆的长度、直径和壁厚及布置所述桅杆上的附属件；
[0006] (2)确定并计算所述桅杆和所述附属件所承受的主要作用力，及计算各作用力对 所述桅杆产生的总弯矩；其中，计算所述桅杆和所述附属件所承受的主要作用力包括：
[0007] 计算半潜式平台倾斜时对所述桅杆和所述附属件产生的倾覆力；计算半潜式平台 水平运动时对所述桅杆和所述附属件产生的惯性力；计算半潜式平台升沉运动时对所述桅 杆和所述附属件产生的作用力；以及计算风力对所述桅杆和所述附属件产生的风压力；
[0008] (3)根据所述桅杆和所述附属件的质量、作用力和总弯矩校核所述桅杆的弯曲强 度、剪切强度和屈曲强度是否满足规定要求。
[0009] 所述的半潜式平台桅杆的构造方法，其中，半潜式平台倾斜时对所述桅杆和所述 附属件产生的倾覆力的计算公式为i^niigsin θ，A为桅杆或附属件产生的倾覆力，叫为桅 杆或附属件的质量，g为重力加速度，Θ位半潜式平台的倾斜角度。
[0010] 所述的半潜式平台桅杆的构造方法，其中，半潜式平台水平运动时对所述桅杆和 所述附属件产生的惯性力的计算公式为：f2=mia，f2为半潜式平台水平运动时对所述桅杆和 所述附属件产生的惯性力，1?为桅杆或附属件的质量，a为X和Y方向的合成加速度。
[0011] 所述的半潜式平台桅杆的构造方法，其中，半潜式平台升沉运动时对所述桅杆和 所述附属件产生的作用力的计算公式为θ，f3为桅杆或附属件由于半潜式平台 升沉运动产生的作用力，1?为桅杆或附属件的质量，az为半潜式平台垂向加速度，Θ为半潜 式平台的倾斜角度。
[0012] 所述的半潜式平台桅杆的构造方法，其中，风力对所述桅杆和所述附属件产生的 风压力的计算公式为：f4=PAi，f4为风压力，P为风压，Ai为桅杆或附属件的迎风面积，其中， ，f为系数，Vk为风速，Ch为高度系数，Cs为形状系数。
[0013] 所述的半潜式平台桅杆的构造方法，其中，各作用力对所述桅杆产生的总弯矩的 计算公式为：1=$认+义+/3+./4)厶，4为半潜式平台倾斜时对所述桅杆和所述附属件 ?=1 产生的倾覆力，f2为半潜式平台水平运动时对所述桅杆和所述附属件产生的惯性力，&为 半潜式平台升沉运动时对所述桅杆和所述附属件产生的作用力，f4为风力对所述桅杆和所 述附属件产生的风压力，Μ为各作用力对桅杆的根部产生的总弯距，η为桅杆中部件的总 数，Q为桅杆中各部件的重心距桅杆根部的距离。
[0014] 所述的半潜式平台桅杆的构造方法，其中，所述桅杆的弯曲强度的校核包括：
[0015] (1)根据所述桅杆所受的总弯矩及所选的材料的许用应力计算出所述桅杆的最小 抗弯截面系数；
[0016] (2)根据所述桅杆的直径和壁厚计算出桅杆的抗弯截面系数；以及
[0017] (3)判断桅杆的抗弯截面系数是否大于最小抗弯截面系数，若大于，则满足弯曲强 度的要求，若小于，则需重新设计桅杆的直径和壁厚。
[0018] 所述的半潜式平台桅杆的构造方法，其中，所述桅杆的剪切强度的校核包括：
[0019] (1)根据桅杆所受的作用力及桅杆的长度计算出所述桅杆的最大剪力；
[0020] (2)根据最大剪力及桅杆材料的许用剪力计算出所述桅杆的最小受剪面积；
[0021] (3)计算出所述桅杆的实际截面积；以及
[0022] (4)判断所述桅杆的实际截面积是否大于最小受剪面积，若大于，则满足剪切强度 的要求，若小于，则需重新设计桅杆的直径和壁厚。
[0023] 所述的半潜式平台桅杆的构造方法，其中，所述桅杆的屈曲强度的校核包括：
[0024] (1)根据桅杆的自重及垂向加速度计算桅杆在垂向上所受的实际压力；
[0025] (2)根据桅杆的长度、转动半径和面积计算桅杆所能承受的最大压力；以及
[0026] (3)判断所述桅杆的实际压力是否小于桅杆所能承受的最大压力，若小于，则满足 屈曲强度的要求，若大于，则需重新设计桅杆的直径和壁厚。
[0027] 所述的半潜式平台桅杆的构造方法，其中，所述附属件包括上部信号灯、下部信号 灯、上部信号灯座和下部信号灯座，所述上部信号灯安装在所述上部信号灯座上，所述下部 信号灯安装在所述下部信号灯座上，所述桅杆分为上部桅杆和下部桅杆，将各部件简化为 对应的质量点，各质量点到桅杆根部的距离为各部件重心到所述桅杆根部的距离。
[0028] 本发明的半潜式平台桅杆的构造方法能满足半潜式平台上桅杆的强度要求，为半 潜式平台桅杆的设计提供了一种新的方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0029] 图1为桅杆及附属件的结构示意图。
[0030] 图2为桅杆及附属件简化为质量点后的力学模型。
[0031] 图3为本发明坐标系示意图。
[0032] 图4为桅杆的运动响应曲线图。
[0033] 图5为桅杆的受力分析模型图。
[0034] 图6为本发明桅杆的构造方法流程图。
【具体实施方式】
[0035] 为了进一步说明本发明的原理和结构，现结合附图对本发明的优选实施例进行详 细说明。
[0036] 本发明列举的半潜式平台的各参数状况如表1所示：
[0037] 表1半潜式平台主要参数
[0038]
【权利要求】
1. 一种半潜式平台桅杆的构造方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 建立桅杆的结构模型，根据经验初步选取桅杆的材料、设计桅杆的长度、直径和壁 厚及布置所述桅杆上的附属件； (2) 确定并计算所述桅杆和所述附属件所承受的主要作用力，及计算各作用力对所述 桅杆产生的总弯矩；其中，计算所述桅杆和所述附属件所承受的主要作用力包括： 计算半潜式平台倾斜时对所述桅杆和所述附属件产生的倾覆力；计算半潜式平台水平 运动时对所述桅杆和所述附属件产生的惯性力；计算半潜式平台升沉运动时对所述桅杆和 所述附属件产生的作用力；以及计算风力对所述桅杆和所述附属件产生的风压力； (3) 根据所述桅杆和所述附属件的质量、作用力和总弯矩校核所述桅杆的弯曲强度、剪 切强度和屈曲强度是否满足规定要求。
2. 如权利要求1所述的半潜式平台桅杆的构造方法，其特征在于，半潜式平台倾斜时 对所述桅杆和所述附属件产生的倾覆力的计算公式为：= niigsin Θ，&为桅杆或附属件 产生的倾覆力，1?为桅杆或附属件的质量，g为重力加速度，Θ位半潜式平台的倾斜角度。
3. 如权利要求1所述的半潜式平台桅杆的构造方法，其特征在于，半潜式平台水平运 动时对所述桅杆和所述附属件产生的惯性力的计算公式为：f 2=mia，f2为半潜式平台水平运 动时对所述桅杆和所述附属件产生的惯性力，1?为桅杆或附属件的质量，a为X和Y方向的 合成加速度。
4. 如权利要求1所述的半潜式平台桅杆的构造方法，其特征在于，半潜式平台升沉运 动时对所述桅杆和所述附属件产生的作用力的计算公式为：?· 3=π^ζ--η Θ，f3为桅杆或附属 件由于半潜式平台升沉运动产生的作用力，1?为桅杆或附属件的质量，^为半潜式平台垂 向加速度，Θ为半潜式平台的倾斜角度。
5. 如权利要求1所述的半潜式平台桅杆的构造方法，其特征在于，风力对所述桅杆和 所述附属件产生的风压力的计算公式为：f4=PAi，f 4为风压力，P为风压，&为桅杆或附属件 的迎风面积，其中，尸= ，f为系数，Vk为风速，Ch为高度系数，Cs为形状系数。
6. 如权利要求1所述的半潜式平台桅杆的构造方法，其特征在于，各作用力对所述桅 杆产生的总弯矩的计算公式为= +/2+/3+/4)4，为半潜式平台倾斜时对所述 /=1 桅杆和所述附属件产生的倾覆力，f2为半潜式平台水平运动时对所述桅杆和所述附属件产 生的惯性力，f3为半潜式平台升沉运动时对所述桅杆和所述附属件产生的作用力，&为风 力对所述桅杆和所述附属件产生的风压力，Μ为各作用力对桅杆的根部产生的总弯距，η为 桅杆中部件的总数，Q为桅杆中各部件的重心距桅杆根部的距离。
7. 如权利要求1所述的半潜式平台桅杆的构造方法，其特征在于，所述桅杆的弯曲强 度的校核包括： (1) 根据所述桅杆所受的总弯矩及所选的材料的许用应力计算出所述桅杆的最小抗弯 截面系数； (2) 根据所述桅杆的直径和壁厚计算出桅杆的抗弯截面系数；以及 (3) 判断桅杆的抗弯截面系数是否大于最小抗弯截面系数，若大于，则满足弯曲强度的 要求，若小于，则需重新设计桅杆的直径和壁厚。
8. 如权利要求1所述的半潜式平台桅杆的构造方法，其特征在于，所述桅杆的剪切强 度的校核包括： (1) 根据桅杆所受的作用力及桅杆的长度计算出所述桅杆的最大剪力； (2) 根据最大剪力及桅杆材料的许用剪力计算出所述桅杆的最小受剪面积； (3) 计算出所述桅杆的实际截面积；以及 (4) 判断所述桅杆的实际截面积是否大于最小受剪面积，若大于，则满足剪切强度的要 求，若小于，则需重新设计桅杆的直径和壁厚。
9. 如权利要求1所述的半潜式平台桅杆的构造方法，其特征在于，所述桅杆的屈曲强 度的校核包括： (1) 根据桅杆的自重及垂向加速度计算桅杆在垂向上所受的实际压力； (2) 根据桅杆的长度、转动半径和面积计算桅杆所能承受的最大压力；以及 (3) 判断所述桅杆的实际压力是否小于桅杆所能承受的最大压力，若小于，则满足屈曲 强度的要求，若大于，则需重新设计桅杆的直径和壁厚。
10. 如权利要求1所述的半潜式平台桅杆的构造方法，其特征在于，所述附属件包括上 部信号灯、下部信号灯、上部信号灯座和下部信号灯座，所述上部信号灯安装在所述上部信 号灯座上，所述下部信号灯安装在所述下部信号灯座上，所述桅杆分为上部桅杆和下部桅 杆，将各部件简化为对应的质量点，各质量点到桅杆根部的距离为各部件重心到所述桅杆 根部的距离。
【文档编号】G06F17/50GK104102753SQ201310118804
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2013年4月8日 优先权日:2013年4月8日
【发明者】夏广印, 王瑶, 张工, 张文, 宋述占, 韩华伟 申请人:中集海洋工程研究院有限公司, 中国国际海运集装箱(集团)股份有限公司, 烟台中集来福士海洋工程有限公司