流场分析中的有限元分析和强度分析

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采用莫里森公式强度分析计算波浪载荷时，需要预报流场内水质点的速度和加速度。由于FPSO的存在，除了入射波之外，波浪绕射和辐射效应也不容忽略。因而，研究采用基于三维势流理论的SESAM软件预报舷外排水管处水质点的速度和加速度。采用三维势流理论进行波浪载荷预报首先是建立三维水动力模型，包括湿表面模型和质量模型等。应用SESAM/PatranPre软件，根据FPSO船体线型建立了全船湿表面模型，共划分了3762块面元，如图所示。

应用SESAM/PREFEM软件，分别建立了表1所示的3种装载工况的船体质量模型，如图所示。为了计及横摇勃性阻尼，还定义了般龙骨模型。采用SESAM/WADAM软件进行水动力分析，获得了舷外排水管水面以下部分波浪水质点运动的传递函数，进而应用SESAM/PQSTRESP对水质点速度与加速度进行短期与长期预报。其中，满载和压载工况采用超越概率水平的长期预报值作为设计值，拖航工况采用3小时的短期极值作为设计值。
莫里森公式中包括惯性力凡和拖曳力凡两部分。惯性力与构件法向水质点的加速度成正比，其表达式为：考虑海生物的影响，附加质量系数Cm和拖曳力系数CD均取为1.0，762mm和914.4排水管垂向波浪载荷分布见图所示。可见，压载工况的波浪载荷要大于满载和拖航工况。因此，排水管和支撑结构强度分析均只考虑压载工况。

为了校核舷外排水管的结构强度，以及为进一步支撑结构有限元分析提供载荷边界条件，对两类舷外排水管在前述载荷作用下进行了梁系分析。采用Nauticus/3D-beam软件分别建立了7b2mm和4.4排水管的梁系模型，并根据其与舷侧的连接方式设定了边界条件。舷外排水管与舷侧外板之间是通过4块水平肘板连接，其中距基线最高1块为固定型式，其余3块为滑动型式。由船体舱段的有限元分析获得舷侧变形，并作为位移边界条件考虑。
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