基于一体化集成软件系统的海洋立柱式平台总体结构强度分析

李华祥

(上海利策科技股份有限公司，上海 200233)

基于一体化集成软件系统的海洋立柱式平台总体结构强度分析

李华祥

(上海利策科技股份有限公司，上海 200233)

将海洋立柱式平台工程设计的船体设计、分析计算、规范校核流程工作，集成到一体化集成软件系统中。借助计算机辅助设计功能，自动完成海洋平台工程设计的所有流程工作。基于该一体化集成软件系统，对海洋桁架立柱式平台的总体强度进行分析计算，自动完成桁架型立柱式平台有限元参数化建模、水动力载荷结构映射、有限元分析计算、屈服强度规范校核、屈曲强度计算与规范校核等流程工作。计算结果显示，对于在位工况条件，桁架立柱式平台结构的最薄弱环节是硬舱与桁架、软舱与桁架的交接处。

立柱式平台；一体化集成软件；总体强度；有限元分析

0 引 言

随着深海海域油气开采的深入，多种新型浮式海洋平台先后涌现，立柱式(Spar)平台就是其中之一。由于具有良好的垂荡特性、运动稳定性、安全性以及优越的经济性等优点，自20世纪80年代以来，立柱式平台被广泛应用于深海油气开发，担负着钻探、生产、海上原油处理、石油储藏和装卸等各种工作。其中，由于桁架型立柱式(Truss Spar)平台在设计重量和性能等方面的优越性，已逐渐成为最具竞争力的新型海洋浮式平台形式之一。目前，该类型平台的设计技术多为国外大公司所垄断。近几年，国内也逐渐开始对立柱式平台进行分析研究。其中，强度分析与结构设计又是该类型平台设计的一个重点，总体强度分析研究可参见文献[1-4]。

海洋立柱式平台结构系统的工程设计包括船体设计、分析计算、规范校核三个部分。其中船体设计工作主要包括平台的型式、主尺度、结构、系泊、以及立管等设计。分析计算则是在平台设计基础上，根据已确定的立柱式平台设计参数，进行水动力、稳性、运动性能、结构强度、系泊强度、立管强度等分析与数值计算。规范校核则是对上述分析计算的结果，根据规范细则要求，对关键设计参数进行校核，校对平台设计的合理性和可靠性，并根据校核结果对设计提出优化和改进意见。实际工程设计中，对于上述三个过程，需要进行螺旋式迭代，直至规范校核满足要求，获得最优化的设计结果。按照传统的工程设计方法，上述三部分工作较为独立地进行，所以数据的一致性较难保证，同时，还存在设计周期长、人工时繁重等问题。开发一套集成的软件系统，借助计算机辅助设计功能实现立柱式平台工程设计三部分工作的一体化，显得尤为重要和迫切。

本文基于一体化集成软件系统，对桁架型立柱式平台进行结构总体强度分析计算。借助一体化集成软件系统功能，实现桁架型立柱式平台有限元参数化建模、水动力载荷结构映射、有限元分析计算、屈服强度规范校核、屈曲强度计算与规范校核等流程工作自动完成。数值算例进一步显示一体化集成软件系统在立柱式平台总体强度分析计算中的高效性。

1 一体化集成软件系统

立柱式平台工程设计流程工作包括船体设计、分析计算、规范校核三大模块。在传统的设计方法中，各模块之间关联度低。这对设计数据的传输与管理带来很多麻烦，数据一致性很难保证。同时，三大模块的分散性对海洋浮式平台螺旋式优化设计带来困难。再则，分析计算涉及大量建模工作，如水动力建模、系泊立管分析建模、结构有限元建模等，这些建模如果以人工方式建立，工作量巨大。为此，本文开发一套集成软件系统，将立柱式平台的船体设计、分析计算、规范校核三大模块集成到一体化软件系统中。

1.1 软件系统架构

从软件开发角度，首先进行软件系统架构，如图1所示。该软件系统总体部署上分为四层，即应用展示层、业务处理层、数据接口层和应用支撑层。其中，应用展示层为软件系统的人机操作界面，业务处理层包含了全部专业子系统的业务处理逻辑，数据处理子系统作为专业子系统的辅助功能模块，数据接口层主要是使各子系统通过中间件进行数据交换，应用支撑层是该软件系统运行所必需的环境支撑插件和软件工具，包括数据库管理工具、图形引擎、商用软件插件等。

从软件专业功能开发角度，该软件核心专业模块包括船体设计、分析计算、规范校核，各功能模块数据流，即输入、输出数据流如图2所示。数据接口的开发就是基于该数据流和各软件模块输入和输出，进行总体设计和开发。

图1 软件系统总体架构设计Fig.1 System architecture design of the software

图2 功能模块与数据流示意图Fig.2 Diagram of software function and data flow

1.2 工程设计的一体化集成

海洋立柱式平台结构的工程设计，包括船体与附属结构的初步方案设计、分析计算与规范校核。其中船体与附属结构的初步方案设计(下文简称为设计子系统)，包括立柱式平台船体结构的主尺度设计计算与主结构设计计算、立管结构设计、系泊结构设计；分析计算(下文简称分析子系统)包括浮式平台的稳性分析、水动力分析计算、系泊与立管分析计算、时域分析、结构有限元分析计算等模块的自动建模与分析计算；规范校核(下文简称校核子系统)即根据船级社规范对立柱式平台工程设计校核要求，提取分析计算结果，分别对立柱式平台的稳性、运动性能、系泊、立管、结构强度进行规范校核。如果校核结果不符合规范要求，软件系统可重新启动船体设计子系统，优化设计，进行新一轮流程工作。

下面将对立柱式平台工程设计流程工作所涉及的三大块子系统，即设计子系统、分析子系统和校核子系统，进行详细介绍。

1.2.1设计子系统

海洋浮式平台的工程设计，基于螺旋式设计原则，即首先根据设计条件和海洋环境参数，进行系统的初步方案设计，然后进行多专业的分析计算和规范校核，对初步方案设计进行进一步完善。其中第一步工作，即初步方案设计，设计方法多依据行业规范和设计公司的设计经验。对于立柱式平台的初步方案设计，包括船体结构的主尺度设计、船体结构的主结构设计、立管结构设计、以及系泊结构设计。

(1) 船体结构的主尺度设计，即结构的Sizing设计。该功能模块在油田设计条件和海洋环境条件基础上，根据行业设计经验，设计立柱式平台的吃水、硬舱的外径、高度、垂直与水平方向的分舱、垂直方向各分层高度、竖井长度与宽度、垂荡板个数与位置高度、垂荡板长度与宽度、桁架高度与分层数、桁架外径、软舱长宽高、软舱分舱、浮托舱长宽高等参数。设计模块会根据初步设计的结构主尺度，估算出平台的重量和重心，确保平台重量与上部组块重量、平台所受海水浮力、系泊与立管的湿重等平衡。一个关键的控制因素就是，平台系统的整体稳性满足规范要求。

(2) 船体结构的主结构设计，即结构的Scantling设计。该功能模块在主尺度设计基础上，根据行业规范，对主结构进行设计。该软件系统的主结构设计，依据美国船级社(ABS) MODU 规范细则进行开发。Scantling结构设计包括立柱式平台的硬舱、软舱、浮托舱的所有板的板厚、各板的加强筋间距、加强筋型材的设计与选型、以及桁架的壁厚。

(3) 立管结构设计，即对顶张紧立管(TTR)与钢悬链线立管(SCR)进行选型设计。该功能模块在油田设计与开采条件及海洋环境条件基础上，对立管的数量与位置、分段与选材、外径与壁厚、SCR上下端悬挂角、TTR端部连接方式等进行设计。

(4) 系泊结构设计，即对Mooring结构进行设计。该功能模块根据平台主体结构设计和海洋环境基础上，对系泊管线的数量与位置、上下端悬挂角、分段与选材、触地点位置以及躺地段长度等参数进行设计。

上述初步方案设计内容，就构成了设计子系统的主体。该子系统的设计结果，将自动输出传送到分析子系统。设计子系统的架构与技术路线如图3所示。

图3 设计子系统技术路线示意图Fig.3 Technology roadmap diagram of the design sub-system

1.2.2分析子系统

根据海洋规范要求，当完成立柱式平台初步方案设计后，需要对初步设计方案进行多专业分析与计算，包括水动力载荷计算、船体运动性能计算、平台结构系统的稳性计算、系泊/立管/船体耦合时域计算、船体主结构的有限元强度计算等。

对于上述各专业分析与计算，目前海洋工程行业多借助数值计算方法，可以获得比较精确的计算结果。考虑行业设计主流方向，该一体化集成软件系统将调用行业权威数值计算软件进行各专业计算，如稳性计算调用MOSES软件，水动力分析计算调用Wamit和AQWA软件，系泊和立管分析计算调用OrcaFlex软件，结构强度计算调用ANSYS软件。为此，集成软件系统针对这些商用软件的接口进行二次开发，实现基于这些商用计算软件的立柱式平台自动建模、调用计算、计算结果读取等功能。

(1) 水动力分析计算，即基于Wamit与AQWA商用软件的自动建模与调用计算，同时对计算结果进行读取和后处理。该功能模块借助行业成熟权威的数值软件Wamit与AQWA，实现浮式平台的水动力载荷计算，为后续结构计算提供水动力载荷数据。

(2) 稳性分析计算，即基于MOSES商用软件的自动建模与调用计算，并对计算结果进行读取和后处理，以图文并茂的方式展示MOSES的计算结果。该功能模块借助行业成熟权威的数值计算软件MOSES，实现浮式平台的完整稳性与破舱稳性分析计算，为浮式平台设计提供重要的基础数据。

(3) 船体运动性能分析计算。该功能模块为自主开发，根据平台的初步方案设计、海洋环境条件、系泊设计参数，对平台进行快速时域计算，计算平台6个方向的运动位移。

(4) 系泊/立管/船体耦合时域计算，即基于OrcaFlex商用软件的自动建模与调用计算，并对计算结果进行读取和后处理。该功能模块借助行业成熟权威的数值计算软件OrcaFlex，对管线结构进行时域计算。由于系泊与立管的运动与强度计算依赖于船体运动，所以该模块计算必须是系泊立管与船体结构的耦合计算。

(5) 船体结构的有限元强度计算，即基于ANSYS商用软件的自动建模与调用计算，自动提取计算结果并进行后处理。该功能模块借助行业成熟权威的结构强度数值计算软件ANSYS，对于浮式平台主结构(即通常所说的船体结构)进行结构强度的有限元数值计算。该结构强度计算包括屈服强度、屈曲强度、疲劳强度的计算。

需要强调的是，上述各专业计算，常规方法是通过人工方式，在软件界面一步步建模，建模工作量浩繁巨大，占用大量的人工时。而开发的集成设计系统基于上述商用软件的接口，实现了各商用软件的自动建模功能，不仅极大地方便用户轻松实现分析计算的建模等工作，同时将大大节省设计的人工时。这对设计工作尤为重要，也是设计公司追求的核心竞争力之一。

分析子系统的架构与技术路线如图4所示。

图4 分析子系统技术路线示意图Fig.4 Technology roadmap diagram of the analysis sub-system

1.2.3校核子系统

当完成上述各专业分析计算后，集成软件系统将自动读取各专业计算的数据结果，并根据相关规范细则对关键设计参数进行校核。对不满足规范要求的设计参数，进一步完善与修改设计子系统的初步方案设计结果，然后进行新一轮的分析计算与规范校核，直至所有关键设计参数满足规范要求。

校核子系统所校核的关键参数包括：(1)平台固有周期校核，即平台的固有周期必须避开海洋波浪典型周期范围。(2)平台运动位移校核，即平台在最恶劣的海洋环境条件下的最大运动位移必须小于设计要求，尤其是垂荡与水平最大位移，必须满足规范要求。(3)稳性校核，即平台的完整稳性与破舱稳性分析计算结果，必须满足规范要求。(4)系泊校核，即系泊结构强度、最大拉力、躺地段长度等计算结果，必须满足规范要求。(5)立管校核，即立管的强度、最大拉力、压溃、屈曲等计算结果，必须满足规范要求。(6)结构强度校核，即船体主结构的屈服、屈曲、疲劳强度计算结果，必须满足规范要求。

校核子系统的架构与技术路线如图5所示。

需要强调的是，一体化集成系统软件实现了立柱式平台工程设计的流程工作，即初步方案设计、分析计算和规范校核，内在的无缝耦合，真正实现工程设计的系统集成性。这不仅有助于提高设计效率，同时为大量设计数据的完整性和一致性提供了保证。

1.3 集成系统与创新性

根据上述软件系统架构设计和专业模块开发理念，最终开发出立柱式平台工程设计系统软件。该软件系统重在平台结构方面的设计，其专业设计深度为FEED前段工程设计程度。系统软件界面如图6所示。

图5 校核子系统技术路线示意图Fig.5 Technology roadmap diagram of the verification sub-system

图6 系统软件主界面Fig.6 Main interface of the system software

该软件的创新点如下。

(1) 计算机辅助设计功能，即软件根据用户基本输入条件，辅助用户自动完成设计功能。只要用户输入基本设计条件，如海况条件、油气开采要求、平台建造安装等条件，软件系统就能完成浮式平台工程设计流程的全部工作，从设计方案自动优选到分析阶段自动生成平台的结构模型、稳性模型、水动力模型、系泊与立管的时域分析模型等，并根据设计工况调用各专业软件进行后台计算。系统能实现设计成果各专业间数据的一致性传递与自动转换，并进行相应的数据后处理与规范校核。因此，该系统能大幅提高设计、分析、校核的工作效率与准确性，并可避免因手工处理参数转换和传递导致的人为错误。将计算机辅助设计引入海洋工程设计，不仅能解决设计数据的管理问题、加速设计流程工作，同时可固化积累海洋工程设计技术和经验，进而稳步优化发展。解决目前海洋工程行业设计经验的闭锁现状，是未来海洋工程发展的一个方向。实现行业技术的软件化与计算机辅助设计功能，将为迈向智能设计与智能制造奠定坚实的基础。

(2) 一体化集成设计功能，即将浮式平台工程设计过程所涉及的船体设计、分析计算、规范校核集成在一个系统软件中，实现各模块之间数据的无缝整合，保证庞大繁杂的设计数据的完整性与一致性，并加速设计进程。工程设计的集成特性与技术，目前在海洋工程中尚处于探索阶段，也是未来几年海洋工程行业设计工具的重点发展方向。

(3) 数据库管理功能，即该软件系统集成了成熟的海洋工程设计数据和典型平台资料，不仅为设计提供可靠的工程基础，同时存储已经收集到的宝贵工程数据和设备数据，作为软件系统数据提供给用户直接使用和参考。该创新有效地解决了传统海洋工程设计对行业数据的分散管理模式的不足，有望在未来几年成为海洋工程行业数据管理的主流模式。

(4) 开放式软件接口功能。该软件系统采用通用数据接口，无缝连接海洋工程行业主流的设计与分析计算工具，可作为海洋工程领域通用设计平台使用。所调用的软件都是围绕各自的数据格式进行设计的，不同软件之间无法兼容互通。而本软件平台通过灵活的接口设置，建立了统一的外部软件接口，可以方便地将其他分析软件直接嵌入到本软件平台中使用。该创新点将开启海洋工程软件架构新模式，即改变传统单一软件工作原理，以统一的软件平台管理整个设计流程的各个专业软件，进而高效地完成工程设计所有流程工作。开放式商业软件接口模式，也必将有利于行业软件联盟的形成，对推动行业软件的发展起到推动作用。

2 有限元强度分析

对于海洋立柱式平台结构强度分析，目前行业内普遍基于有限元方法进行数值计算，可以获得较为精确的全结构应力分布与局部应力数值结果，从而为海洋平台设计提供可靠的结构数据。本集成软件系统结构有限元分析计算调用的是商用ANSYS软件，采用APDL语言，实现立柱式平台有限元自动建模与计算。

2.1 有限元建模

为了提高结构建模的效率，充分利用参数化建模的特点，将桁架型立柱式平台结构进行拆分归类，具有相似特征的结构组合成各类子结构，其中板材为一级子结构，附着在一级子结构上的扶强材和桁材为二级子结构，最后通过计算机的循环处理实现同类结构的批量建模。例如，硬舱结构分为四类一级子结构，分别为分层甲板(Deck)、外壳板(Side shell)、舱壁板(BHD)和中心井(Access shaft)，如图7～10所示。对于每类一级子结构，结构形式没有变化，只是尺寸稍有差异。各子结构的尺寸参数包括板材厚度、长度、宽度等，均采用数组的形式存储，所以只需输入不同的参数便可得到不同的结构。一级子结构建模完成后，调用二级子结构参数数组，在一级子结构上建立对应的扶强材和桁材模型。软舱与中段桁架也采用类似的方式建模，再通过耦合处理完成模型的整合。

图7 硬舱分层甲板Fig.7 Layered deck of hard tanks

图8 硬舱外壳板Fig.8 External shell plate of hard tanks

图9 硬舱舱壁板Fig.9 Bulkhead plate of hard tanks

图10 硬舱中心井Fig.10 Central shaft of hard tanks

结构与有限元建模的流程包括参数读入、整体几何模型、加强筋生成、单元划分和模型处理。其中，整体几何模型模块的功能是根据输入的参数生成一级子结构；加强筋生成模块的任务是根据参数在一级子结构上生成二级子结构；单元划分模块通过参数控制将平台划分成高质量的四边形单元；模型处理模块的功能是对模型进行对称、复制以及合并等操作。

2.2 水动力模型

参数化建模模块的目标是得到桁架型立柱式平台的结构与有限元模型(见图11)，同时基于有限元模型和平台设计参数(如吃水、重量、中心位置、水动力等参数)，自动产生平台的水动力模型。本文水动力模型如图12所示，不包括中段桁架结构，桁架结构受到的波浪载荷通过Morison公式计算得到，然后直接加载到有限元模型上。

图11 有限元模型示意图Fig.11 Diagram of finite element model

图12 水动力模型示意图Fig.12 Diagram of hydrodynamic model

2.3 有限元加载与求解

立柱式平台所受载荷可以分为两类：静态载荷与环境载荷。其中，静态载荷包括平台重量、压载重量、作业载荷和浮力；环境载荷包括风载荷、流载荷以及波浪载荷。其中波浪载荷具有随机性和复杂动力性，因此选择合理的可行方法计算波浪载荷对平台整体结构设计至关重要。本文采用设计波法来筛选波浪载荷。所谓设计波法是指依据波浪载荷等效的原则按照规则波浪理论构造的规则波列，通过对波高、周期、波浪入射角以及波浪相位角的组合搜索使结构物处于最不利状态且达到一定回复期的最大载荷，从而得到相应的设计波参数。由于现有规范对立柱式平台的控制工况并没有明确的界定，参考挪威船级社(DNV)和ABS等规范对其他浮式平台的要求，选择的控制工况作为立柱式平台的波浪特征载荷工况为垂荡加速度、纵荡加速度、纵摇加速度，具体设计波的选择流程和计算方法可参考DNV-RP-C103[5]。

根据以上方法确定的设计波参数，使用AQWA软件读入水动力模型，利用AQWA-LINE根据势流理论计算出水动力模型的波浪力数据，最后通过AQWA-WAVE生成针对有限元模型的波浪载荷数据，该数据符合ANSYS APDL语言的格式要求。所以在ANSYS软件平台上直接读入上述波浪载荷数据，即可完成水动力载荷到有限元模型的波浪力映射，如图13所示。

图13 波浪载荷结构映射示意图Fig.13 Diagram of the structural mapping of wave loads

本文对风速和流速采用百年一遇的海况条件进行加载，风载荷与流载荷根据ABS规范[6]推荐的公式计算。由于未建上部组块的模型，风载荷等效为均布力与弯矩施加在硬舱顶部，流载荷则以压力形式加载在对应位置。

3 结构强度规范校核

在ANSYS软件平台上对立柱式平台进行了有限元计算，得到不同工况下平台的应力响应。强度校核与优化设计模块的功能是根据规范要求对平台结构进行屈服和屈曲强度进行校核，再根据校核结果对结构进行优化设计。

3.1 屈服强度校核

根据ABS规范[6]强度准则的规定，板状结构的等效应力应满足

σeq≤Fy/fs,

(1)

式中：Fy是材料的屈服强度；fs是安全系数，静载和组合载荷工况下分别为1.43和1.11。

3.2 屈曲强度校核

根据桁架型立柱式平台的结构特征，将平台主要结构分成两种：杆件和加筋板。其中杆件为中段桁架，其他均为加筋板。校核模块根据ABS规范中的屈曲细则，在有限元计算结果基础上进行屈曲计算，屈曲校核结果以屈曲UC云图形式输出，清晰直观地显示出平台结构中相对薄弱的位置。

(1)根据ABS规范[6]，承受轴向拉伸和弯曲的圆形杆件应满足 ,其中

(2)

式中：σt为轴向拉伸应力；σby为绕y方向弯矩引起的弯曲应力；σbz为z方向弯矩引起的弯曲应力；σCBy为y方向弯曲应力强度；σCBz为z方向弯曲应力强度；η2是拉伸与弯曲许用因子。

(2) 承受轴向压缩和弯曲的圆形杆件应满足UC≤1，其中

(3)

式中：σa为轴向压应力；σby为绕y方向弯矩引起的弯曲应力；σbz为z方向弯矩引起的弯曲应力；σCA为轴向压缩强度；σCBy为y方向弯曲应力强度；σCBz为z方向弯曲应力强度；η1为压缩许用因子；η2为拉伸和弯曲许用因子。

(3) 对于可能发生柱屈曲的加筋板，应满足UC≤1，其中

(4)

式中：σa为名义压应力；σCA为极限屈曲应力；A为截面总面积；Ae为截面有效面积；Cm为弯矩调节系数；σE(C)为欧拉屈曲应力；σb为弯曲应力；η为许用因子。

(4) 对于可能发生扭转屈曲的加筋板，应满足UC≤1，其中

(5)

式中：σa为名义压应力；σCT为极限扭转屈曲应力；η为许用因子。

(5) 对于可能发生整体屈曲的加筋板，应满足UC≤1，其中

(6)

式中：σx为纵向平均压应力；σy为横向平均压应力；σGx为纵向极限屈曲应力；σGy为横向极限屈曲应力；η为许用因子。

4 算 例

基于该集成软件系统，对某项目桁架型立柱式平台进行分析计算。针对该项目平台作用海域条件和设计条件，在集成软件系统中，首先运行设计子系统获得该平台的主尺度参数和结构参数，如表1所示。

有限元模型采用了shell181、beam188、pipe288以及mass21单元类型。弹性壳单元shell181用来模拟硬舱外壁板、中央井壁板、隔舱壁板(BHD)、硬舱分层板、垂荡板、软舱外壁板以及软舱隔舱壁板等厚宽比较小的构件。梁单元beam188用来模拟附着在壳单元上的桁材和扶强材。管单元pipe288用来模拟中段桁架。质量单元mass21用来模拟压载物，这些单元在结构有加速度的作用下，会产生惯性力，使结构产生变形。

表1 平台主尺度参数

平台吃水深度为176 m，选取百年一遇的海况为环境载荷。对于计算工况，根据规范选取静载工况和组合工况。静载工况下，平台受到的静态载荷包括结构自重、上部组块重量、浮力、系泊预张力、立管荷载以及压舱力，如表2所示。组合工况下，平台所承受的载荷包括静态载荷与环境载荷。设计波参数通过随机性设计波法筛选得到，计算发现由垂荡加速度引起的波浪载荷对结构影响最大，该工况确定的设计波波高为15.8 m，波浪周期为24 s，相位角-180°，浪向角为0°。10 min内平均最大风速为33.2 m/s，流速分布如表3所示。

在有限元计算的基础上，首先进行结构屈服强度计算校核，结果如表4所示。再根据上文屈曲计算公式，对目标平台进行屈曲强度计算和校核，结果如表5和表6所示。对于静载和动载工况下，发生最大屈服的结构位于硬舱、靠近硬舱与桁架交接处，如图14和图15所示。最大屈曲的结构位于舱壁板和硬舱分层板，同样靠近硬舱与桁架交接处，如图16和图17所示。这些信息为结构局部加强和优化设计提供了直接参考资料。

表2 静态载荷数据

表3 百年一遇的流速

表4 屈服UC值

表5 静载工况各组件屈曲UC值

表6 组合工况各组件屈曲UC值

图14 静载荷下硬舱等效应力Fig.14 Equivalent stress distribution in hard tanks under static loads

图15 组合载荷下硬舱等效应力Fig.15 Equivalent stress distribution in hard tanks under dynamic loads

图16 静载荷下硬舱分层板整体屈曲UC值Fig.16 Global buckling UC in the hard tank plates under static loads

图17 组合载荷下硬舱舱壁板扭转屈曲UC值Fig.17 Torsion buckling UC in the hard tank bulkheads under dynamic loads

5 结 语

本文基于一体化集成软件系统，对桁架型立柱式平台进行总体强度分析，应用案例测试计算进一步显示该集成软件系统的先进性和高效性。

一体化集成软件系统，将海洋立柱式平台工程设计流程工作，即船体设计、分析计算、规范校核集成于一体，有效地实现繁杂的设计数据一致性管理，打通从设计到分析计算与规范校核的壁垒，极大地加速了浮式平台的工程设计进程。

基于一体化集成软件系统，将立柱式平台的有限元建模、水动力载荷计算、水动力结构映射、有限元强度计算、结构强度规范校核等系列浩繁工作，简化为一键操作式完成。充分运用计算机辅助设计功能，极大地简化人工操作和降低设计成本。这正是工程设计公司努力追求的核心竞争力之一。

数值算例显示，对于在位工况，桁架型立柱式平台应力集中主要在硬舱与桁架、软舱与桁架的交接处，这也为结构局部加强与优化设计提供直接的参考数据。

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[7] American Bureau of Shipping. Guide for buckling and ultimate strength assessment for offshore structures [S]. 2004.

GlobalStrengthAnalysisofOffshoreSparPlatformsBasedonaUnified-IntegratedSoftwareSystem

LI Hua-xiang

(ShanghaiRichtechEngineeringCo.,Ltd.,Shanghai200233,China)

This paper aims at the development of a unified-integrated software system for the engineering design of offshore spar platforms, which can implement the chain-work, i.e., hull design, analysis, and code verification. By means of computer aided engineering (CAE), the chain-work of the engineering design of offshore platforms can be automatically carried out. Then, based on the integrated software system, the global strength of a truss spar platform is analyzed. The analysis involves parametric finite element modeling, mapping of hydrodynamic loads to structural models, finite element analysis, yielding strength verification, and buckling calculation and verification. The results indicate that the most dangerous part of a truss spar platform under the condition of operation load cases comes from the intersections of hard tank-truss and soft tank-truss.

spar platform; unified-integrated software; global strength; finite element analysis

2016-09-30

上海市优秀技术带头人项目“深海柱式平台基本设计软件系统开发”(15XD1522200)

李华祥(1971—)，男，博士，主要从事海洋浮式平台设计与高性能计算研究。《海洋工程装备与技术》编委。

U661.43

A

2095-7297(2016)05-0269-12