[发明专利]一种圆筒型浮体水平桁优化结构

说明书

本发明涉及一种圆筒型浮体水平桁优化结构，其特征在于，所述水平桁优化结构包括设置在每个子外压载水舱内的一道径向垂直开孔舱壁结构，设置在每个径向垂直开孔舱壁结构上的一段水平桁一，设置在每个舱壁二上的背肘板，设置在每个舱壁二上的一段水平桁二。本发明按照应力传递路径优化的水平桁结构极大优化了船体重量，优化后的水平桁整体重量与优化前的水平桁结构总重量相比，相当的结构应力水平下，重量降低了30％‑40％；按照应力传递路径优化的水平桁结构极大优化了船体的应力分布以及应力极值，有效分解了结构的应力集中现象，应力分布更加平均，并减小了水平桁开口角隅的应力集中问题，构件同厚度下，应力减小20％～40％。

技术领域

本发明涉及一种利用拓扑优化方法设计的圆筒形浮体水平桁结构，属于船舶与海洋工程领域。

背景技术

海洋石油由于储量丰富，近些年针对海洋石油的开采不断增加，但是由于海洋环境复杂，开采难度较大，导致开采成本较高，极大限制了海洋石油的开采。因此，设计出更为优化的海洋石油开采装备显得越来越重要。

目前世界上较为主流的海洋石油开采设备主要有海洋平台以及浮体。其中，圆筒形浮体与常规船型的浮体相比，具有更好的水动力性能，且不依赖于单点转塔设备，近些年来越来越受到海洋设计从业者的亲睐。但是圆筒形浮体的结构形式如何优化，才能使圆筒形浮体在具备更好的结构强度和刚度性能基础上，重量更轻更具经济性优势，变成一个非常棘手的问题。

对于圆筒形浮体的结构设计来说，外形导致的受力形式与传统船型具有较大的不同，深舱局部强度替代总纵强度成为浮体的主控载荷，布置于舱壁的水平桁作为支撑深舱垂直扶强材的强构件，局部设计载荷很大，还需要传递外部波浪及内部深舱的压力。另外，检验通道的贯通需要在水平桁上开孔，会造成水平桁开口角隅局部结构应力集中问题，给水平桁结构设计带来很多挑战。

目前采用常规技术，根据舱室布置直接对水平桁进行构件尺寸设计并对局部应力较大区域加强，未考虑到结构有效的应力传递路径，由此带来如下问题：1.水平桁跨距较大，构件尺寸要求很大；2.水平桁应力分布不均衡，集中在开口周围及过渡肘板趾端，且舱壁变形较大，结构强度和疲劳性能有待提高；3.以上两点造成结构钢料重量较大，成本较高，货油舱储量指标降低。

综上所述，目前圆筒形浮体的主要存在的问题是常规方法设计的水平桁结构不适用于圆筒形浮体的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：圆筒形浮体内部舱壁水平桁结构形式设计较为常规，造成水平桁结构未得到有效利用，结构重量太重且具有局部应力集中。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种圆筒型浮体水平桁优化结构，所述圆筒型浮体包括由外至内布置的外压载水舱、油舱、内压载水舱或内油舱、以及月池或中间空舱，外压载水舱与油舱之间通过压载水舱内板兼油舱外板分隔，油舱与内压载水舱或内油舱之间通过油舱内板分隔，内压载水舱或内油舱与月池或中间空舱之间通过月池区域舱壁板分隔，外压载水舱外设有浮体压载水舱外板，由舱壁一将外压载水舱分割为2N个子外压载水舱，由舱壁二将油舱分割为N个货油舱，N≥2，其特征在于，所述水平桁优化结构包括设置在每个子外压载水舱内的一道径向垂直开孔舱壁结构，设置在每个径向垂直开孔舱壁结构上的一段水平桁一，设置在每个舱壁二上的背肘板，设置在每个舱壁二上的一段水平桁二。

优选地，所述N个货油舱沿着圆筒型浮体中心等角度布置。

优选地，N个所述水平桁二沿着圆筒型浮体中心等角度布置。

优选地，所述径向垂直开孔舱壁结构及其上的所述水平桁一位于每个所述子外压载水舱的中间。

优选地，所述背肘板上设有斜撑一。

优选地，在所述水平桁二上靠近所述压载水舱内板兼油舱外板处设有斜撑二。