[发明专利]一种整平机稳定性数模计算的分析方法

说明书

本发明公开了一种整平机稳定性数模计算的分析方法，其特点是稳定性的模拟分析包括：采用电算软件Fluent 14.0对整平机进行建模、分别计算水流阻力系数和倾覆力矩计算、将水流阻力系数与设计规范进行比对校验、将水平受力与估算结果进行比对校验、将倾覆力矩与人工计算的倾覆力矩进行合成，从而获得总倾覆力矩。本发明与现有技术相比具有进一步优化设计，抗倾覆能力大大提高，确保海上作业的安全，减低倾覆风险，方法简便，计算的精度高，为整平机设计方案提供数据支撑，从而提高企业生产管理水平，节约管理成本。

技术领域

本发明涉及工程设计与施工技术领域，尤其是一种整平机稳定性数模计算的分析方法。

背景技术

整平机是海底沉管碎石基础的重要设备，对整平机在迎水面最大工况下计算稳定性，判断整平机是否会倾覆，为整平机设计方案提供数据支撑。整平机本身架构较为复杂，特别是整平机下部机架部分由多层桁架结构、箱梁结构，还有安装于结构之上的水下电机、液压泵站等设备交错分布，水流通过此类复杂结构会引起湍流，湍流对整平机机架的实际影响很难通过手算算得。一般可采用缩比物模试验与电算仿真的方式两种方式来验证稳定性。缩比模型试验是通过制造一个与整平机外形基本相似，尺寸按一定比例缩小的模型放入试验水池，对其受到的水流及波浪条件进行模拟。从而得到接近实际情况的稳定性结果。试验应满足下述相似条件：1)几何相似—模型与实体对应的线性尺度比相同；2)流体动力相似—遵循重力及惯性力相似条件，要求模型与实体的傅汝德数相等，而模型试验结果是否接近实际情况还和雷诺数的相似度有关。

现有技术的整平机稳定性计算难以解决整平机水中稳定性的验证问题，而水池模型试验一般都只能满足傅汝德相等，无法做到雷诺数相等，模型试验要求的条件相对苛刻，难以真实还原整平机的外载荷情况。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而设计的一种整平机稳定性数模计算的分析方法，采用CFD模拟计算的分析方法，分别进行水流阻力系数和倾覆力矩计算，并根据计算的整平机的抗倾覆力矩与倾覆力矩的比值，以1.2为稳定性临界指标，得出整平机工作时的环境水流速度上限值与抗浪时的环境水流速度上限值，进一步对电算结果中塔架部分产生的倾覆力矩与机架部分产生的倾覆力矩拆分，可针对性的分别对塔架设计与机架设计进行优化，方法简便，计算的精度高，为整平机设计方案提供数据支撑，从而提高企业生产管理水平、节约管理成本。

本发明的目的是这样实现的：一种整平机稳定性数模计算的分析方法，其特点是采用电算软件Fluent 14.0对整平机进行建模，然后按下述步骤对整平机在迎水面最大工况下计算稳定性的模拟分析：

a步骤：将波浪力和水流力解耦合分开计算。

b步骤：根据a步骤的计算结果分别进行水流阻力系数和倾覆力矩计算，所述水流阻力系数采用CFD模拟计算恒定速度水流造成的简单构件水流阻力系数；所述倾覆力矩采用人工计算。

c步骤：将简单构件水流阻力系数与设计规范进行比对，如误差在设计允许的范围内，则通过校验进入d步骤进行水平受力的计算，反之，则返回b步骤重新计算后由c步骤进行校验，直至校验合格。

d步骤：将上述通过校验的简单构件水流阻力系数采用CFD计算整平机塔架水流造成的水平受力，并将水平受力与估算结果进行比对，如误差小于设计值，则通过校验进入下述e步骤，反之，则返回c步骤重新计算后由d步骤进行校验，直至校验合格。

e步骤：将d步骤校验合的水平受力采用CFD计算水流力造成的整个设备倾覆力矩，然后将其与b步骤人工计算的倾覆力矩进行合成，从而获得总倾覆力矩，并以抗倾覆力矩与倾覆力矩的比值1.2为稳定性临界指标，得出整平机工作时的环境水流速度上限值和抗浪时的环境水流速度上限值，然后进一步对电算结果中塔架部分产生的倾覆力矩与机架部分产生的倾覆力矩拆分，可针对性的分别对塔架设计与机架设计进行优化。