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三用工作船是一種集海上拖帶，平臺(tái)供應(yīng)，對(duì)外消防等功能于一體的多功能船舶，兼有海上救助、海上平臺(tái)守護(hù)、幫助海上設(shè)施布錨及起錨等功能。近年來(lái)，海上油氣田資源的爭(zhēng)奪和開發(fā)日益激烈，作為海上石油工程深水作業(yè)必要的守護(hù)船，三用工作船已經(jīng)成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外爭(zhēng)相研究發(fā)展的重點(diǎn)。目前，波浪誘導(dǎo)載荷的計(jì)算研究對(duì)各類近海、深海平臺(tái)結(jié)構(gòu)物的研究已經(jīng)很多，方法理論也比較成熟。航行海域、裝載工況、航速以及水動(dòng)力計(jì)算理論對(duì)常規(guī)型船舶波浪誘導(dǎo)載荷的影響也已初步探討，而對(duì)于一些特殊工作船只卻不多。根據(jù)三用工作船作業(yè)的特殊性和波浪載荷的復(fù)雜性，本研究在其環(huán)境波浪載荷分析預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了船體結(jié)構(gòu)應(yīng)力強(qiáng)度分析，并與規(guī)范強(qiáng)度衡準(zhǔn)進(jìn)行比較，為合理設(shè)計(jì)類似工程船舶的設(shè)計(jì)和建造提供依據(jù)。
由于海洋環(huán)境是隨機(jī)變化的，計(jì)算中可以認(rèn)為波浪是由多個(gè)各類波系疊加而相互不干擾。本研究采用了線性隨機(jī)波浪理論，即在一般情況下，船體外載荷誘導(dǎo)波浪是無(wú)限多個(gè)頻率不等、方向不同、振幅變化而相互雜亂的微幅簡(jiǎn)諧波疊加而成的不規(guī)則波系式中，a為組成波的振幅，k為波數(shù)，e為波向，初始相位角。由于波面位移g為一個(gè)正態(tài)平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程，波浪能量譜正好與波幅的平方成正比。因此，對(duì)應(yīng)于風(fēng)向在一個(gè)范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)所生成的海浪。
本研究主要以78m三用工作船為研究對(duì)象進(jìn)行優(yōu)化比較研究，本船為鋼質(zhì)，單甲板，單機(jī)，單槳、單舵、艦機(jī)型柴油機(jī)推進(jìn)，具有球舷，能為海上石油工程提供多種特點(diǎn)作業(yè)服務(wù)的三用型守護(hù)船，航行于無(wú)限航區(qū)、近海航區(qū)。本次計(jì)算主要利用DNV挪威船級(jí)社的SESAM軟件完成，其中船體波浪動(dòng)壓力計(jì)算采用WADAM模塊完成，波浪誘導(dǎo)載荷預(yù)報(bào)統(tǒng)計(jì)分析采用Postresp模塊完成，船體結(jié)構(gòu)分析采用SESTRA模塊完成。載荷計(jì)算中主要考慮船體水動(dòng)力載荷，以及艙室的靜壓和慣性壓力，以及一些均不載荷水動(dòng)力模型共計(jì)panel單元4348個(gè)，計(jì)算質(zhì)量模型本計(jì)算書采用整船結(jié)構(gòu)模型來(lái)模擬空船質(zhì)量，集中載荷采用質(zhì)量點(diǎn)模擬的形式進(jìn)行模擬，具體各艙室的裝載分布見圖。結(jié)構(gòu)有限元模型包括整個(gè)船長(zhǎng)、船寬范圍內(nèi)的船體結(jié)構(gòu)，模型采用粗網(wǎng)格劃分單位。計(jì)算中，整船分析慣性力和波浪載荷處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，本研究采用SESAM_SESTRA中的高能功能慣性釋放來(lái)作為邊界條件。
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