超大型海上油田設(shè)施一體化拆解裝備整船碰撞仿真分析

廖佩詩，戴昆，劉蓉，王超穎，王旭

（青島賽普克有限元科技發(fā)展有限公司，山東 青島 266000）

超大型海上油田設(shè)施一體化拆解裝備（如圖1所示）由兩艘起重船和一艘半潛運輸船組成。起重船用于平臺的托舉及廢棄鉆井平臺拆除作業(yè)。拆解完成后，起重船與運輸船相互靠近，由運輸船完成平臺轉(zhuǎn)運工作。

圖1 拆解裝備示意圖

在作業(yè)過程中可能由于風(fēng)浪流載荷或人為操作失誤導(dǎo)致船體之間發(fā)生碰撞，導(dǎo)致起重船承受較大的沖擊載荷而影響系統(tǒng)穩(wěn)定性，因此需在可能發(fā)生碰撞的位置安裝護舷進行緩沖。本文通過動力學(xué)仿真方法對比兩種相近尺寸的D型護舷（D500H）和拱型護舷（SA-B500）抗沖擊效果。

1 有限元建模

1.1 材料參數(shù)

船體鋼材S355采用線性強化彈塑性本構(gòu)模型進行模擬，鋼材屈服隨應(yīng)變速率的變化使用Cowper Symonds本構(gòu)方程來表示。

表1 S355材料參數(shù)表

S355材料參數(shù)如下：

橡膠材料使用Mooney-Rivlin材料模型，其中C10=0.293，C01=0.177。

1.2 有限元模型介紹

如圖2所示，有限元模型由兩艘起重船一艘運輸船船體組成。船體使用殼單元進行模擬，護舷結(jié)構(gòu)使用實體單元進行模擬，護舷與船體之間建立綁定接觸。使用質(zhì)量單元模擬被拆解平臺質(zhì)量，質(zhì)量單元通過剛性單元與兩艘起重船甲板進行連接。

圖2 整體有限元模型

1.3 邊界條件

模擬運輸船駛向其中一艘起重船，兩船船艉發(fā)生碰撞的情況，分別模擬船艉正面100%對碰及左右25%偏置碰撞情況（如圖3所示），碰撞前運輸船初始速度為0.15m/s。

圖3 各碰撞工況船體位置示意圖

2 仿真分析結(jié)果

以100%正碰為例，碰撞過程中D型護舷變形過程如圖4所示，隨著碰撞程度增加，護舷應(yīng)變逐漸增加，碰撞過程中最大應(yīng)變12%，發(fā)生在碰撞后2.5s。

圖4 碰撞過程中護舷應(yīng)變

表2 船體參數(shù)

如圖5所示，三種碰撞形式下100%碰撞時起重船與運輸船之間產(chǎn)生的碰撞力最大，最大碰撞力為7260kN。

圖5 不同碰撞形式下碰撞力曲線

如圖6所示，三種碰撞形式下100%碰撞時兩艘起重船組成的拆解作業(yè)系統(tǒng)碰撞后產(chǎn)生的沖擊加速度最大，最大沖擊加速度為25.1mm/s2。

圖6 不同碰撞形式下起重船加速度曲線

拱型護舷在碰撞過程中變形過程如圖7所示，隨著碰撞程度增加，護舷應(yīng)變逐漸增加，碰撞過程中最大應(yīng)變36%。

圖7 拱型護舷應(yīng)變云圖

圖8、圖9分別為拱型護舷與D型護舷模型碰撞力及碰撞后起重船碰撞加速度曲線。由計算結(jié)果可看出，拱型護舷模型碰撞過程中承受產(chǎn)生更大的沖擊力（1.91e4kN），碰撞后起重船產(chǎn)生更大的沖擊加速度（65.1mm/s2）。

圖8 拱型與D型護舷碰撞力曲線

圖9 拱型與D型護舷碰撞加速度曲線

3 結(jié)語

通過碰撞仿真發(fā)現(xiàn)，三種不同的碰撞形式（如圖3所示）中，100%正碰對起重船影響最大。通過對比兩種護舷的防碰撞效果發(fā)現(xiàn)D型護舷在碰撞過程中產(chǎn)生的碰撞力更小，碰撞后起重船產(chǎn)生的沖擊加速度也更小，因此，所選的D型護舷防碰撞效果相對拱型護舷更好。