直升机平台结构强度分析(附件)
本论文对海洋工程装备上直升机平台的主要结构形式做简要介绍，在此基础上，以招商局重工（江苏）有限公司生产建造的“MTR-3/4 Tender Barge”钻井驳船的直升机平台为实例，阐述此类海洋结构物直升机平台的主尺度、规格确立的依据，结构形式确立的依据。在阐述“MTR-3/4 Tender Barge”钻井驳船结构形式的基础上，用有限元软件FEMAP对钻井驳船直升机平台的甲板板、甲板支撑结构进行有限元建模，结合民航局CAP437近海船载直升机平台设计规范，针对五种不同载荷工况，确定相应的边界条件，对“MTR-3/4 Tender Barge”钻井驳船直升机平台结构强度进行有限元分析，校核该直升机平台能否抵御在工作状态中可能遇到的五种载荷情况。本论文将着重对FEMAP软件的计算结果进行详细分析,校核直升机平台结构强度。关键词： 直升机平台 ；强度校核 ；FEMAP软件目 录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 直升机平台概述 1
1.2.1 直升机平台类型简述 1
1.2.2 直升机平台设计要求 3
1.3 直升机平台国内外研究现状及问题 4
1.4 课题意义和目的 5
第二章 有限元计算软件FEMAP简介 7
2.1 有限元分析简述 7
2.2 FEMAP简介 7
2.2.1 FEMAP概述 7
2.2.2 FEMAP优缺点简述 8
2.3 本章小结 9
第三章 “MTR3/4 Tender Barge”钻井驳船直升机平台结构概述 10
3.1 驳船概述 10
3.2 “MTR3/4 Tender Barge”钻井驳船总体结构概述 10
3.3 “MTR3/4 Tender Barge”直升机平台结构设计要点 12
3.4 本章小结 14
第四章 直升机平台结构强度分析 14
4.1 直升机平台结构强度分析概述 14
4.2 甲板板板厚和甲板下加强筋尺寸规范校核 15
4.2.1 许用应力 15
4.2.2 载荷 15
4
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/> 3.3 “MTR3/4 Tender Barge”直升机平台结构设计要点 12
3.4 本章小结 14
第四章 直升机平台结构强度分析 14
4.1 直升机平台结构强度分析概述 14
4.2 甲板板板厚和甲板下加强筋尺寸规范校核 15
4.2.1 许用应力 15
4.2.2 载荷 15
4.2.3 甲板板厚校核 16
4.2.4 甲板板及板下加强筋尺寸强度校核 17
4．3直升机平台强度校核的有限元建模 18
4.3.1 有限元模型 18
4.3.2边界条件 24
4.3.3载荷情况 24
4.3.4 五种计算工况 26
4.4 有限元计算结果分析 28
4.4.1 材料和许用应力 28
4.4.2 自重工况 28
4.4.3 甲板载荷工况 31
4.4.4 正常着陆工况 34
4.4.5 紧急着陆工况 37
4.4.6 风暴自存工况 40
4.4.7 有限元分析结果总结 43
4.5 本章小结 44
结 论 46
致 谢 48
参考文献 49
第一章 绪论
1.1 引言
人类社会的发展，是对资源依赖的加深，对能源的需求必然日益增加。陆地资源的枯竭使海洋油气的需求比例越来越大，就我国而言，在黄海、渤海湾的石油开采已有数十年，并逐渐辐射，向深、远海发展的脚步越来越快。
我国是一个陆海一体的国家，海洋被誉为“蓝色国土”。从经济发展来看，历次工业革命对资源的掠夺就可以看出端倪：经济的发展离不开工业的发展，工业的发展离不开能源的消耗。我国渤海湾，黄海海域，南海海域都蕴藏丰富的海洋资源，从一定意义上说，海洋资源的开发速度决定了当下我国经济发展的脚步；从战略上说，目前全球高产油气区简称“三湾两海”。“三湾”即波斯湾、墨西哥湾和几内亚湾；“两海”即北海和南中国海。南海是目前储量丰富且未经大规模开发的油气田区域，加上南海毗邻马六甲海峡，是连接太平洋和印度洋的必经之地，战略位置险要，所以在南中国海加快海洋石油资源的开发，推进各类海洋结构物的增设是我国目前必然推行的举措。
海洋资源开发的脚步促使各类钻井、作业平台和各种海洋工程船的研究。作为连接海洋工作点和陆地的快速联系，直升机是海洋作业中不可或缺的交通工具，直升机的起飞、着陆需要直升机平台，所以直升机平台几乎是各海洋结构物中不可或缺的附属结构。
1.2 直升机平台概述
1.2.1 直升机平台类型简述
目前海洋平台上的直升机平台的结构形式主要有两种，分别为铝质直升机平台和钢制直升机平台。
铝质直升机甲板是目前比较流行的直升机平台甲板结构形式，铝质直升机甲板甲板梁由铝质桁组合拼接而成，结构示意图见图11。
图11. 甲板梁结构示意图
铝质直升机甲板质量轻，设计使用铝质直升机甲板可以降低平台自重，增加平台可变载荷而增加油气载重量，虽然铝合金比低碳钢的屈服强度低，但是铝合金重量仅为钢的1/3，使用铝质直升机平台可以大幅度降低平台自重；其次铝质甲板耐腐蚀，海水环境下钢结构要做很多防腐蚀措施，相比之下铝质直升机平台施工比较便捷。虽然铝质直升机平台有诸多优点，但需要注意的是由于铝的熔点比钢材低，而在直升机平台上发生燃油泄漏的情况时有发生，所以铝质甲板结构对防火要求较高，需要进行铝材的燃烧试验以保证铝质直升机平台的结构安全。再者目前国内也存在铝材型号不齐全，采购不便的问题[1]。所以海洋平台采用铝制直升机甲板时，几乎都是直接购买上覆的甲板板，很少现场施工制造铝制直升机甲板，从成本上来看，铝质直升机甲板的成本比钢制直升机甲板高很多。一般对于船东对结构物重量有特殊要求，在建造过程中需要严格控制重量精度的，会优先考虑铝质直升机平台。
钢质直升机平台顾名思义就是甲板板材使用钢材，甲板板结构类似船舶甲板结构，板内设置钢制骨材和桁材进行甲板加强。结构示意图见图12。在材料力学特性上，钢材屈服强度和抗拉、压强度都比铝材好，熔点也比铝材高，可以省去燃烧试验[1]。但是缺点是为了支撑钢制甲板面板，甲板板内要设置很多加强结构，骨材繁多，质量比铝材高很多，会增加平台自重。其次在海水环境中，钢制直升机平台需要做好防腐蚀措施，如喷涂油漆，设置阳极腐蚀块等。
图12. 钢制直升机平台甲板结构示意图
由于钢制直升机平台甲板类似船舶甲板结构，所以钢制直升机平台甲板与船舶甲板一样又可以分为横骨架式和纵骨架式甲板。因为直升机平台对结构的要求并没有船舶甲板的要求高，对整体结构安全的影响也没有船舶甲板多，所以对海洋工程结构物而言，直升机平台的甲板既可以采用横骨架式甲板也可以采用纵骨架式甲板。不
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 直升机平台概述 1
1.2.1 直升机平台类型简述 1
1.2.2 直升机平台设计要求 3
1.3 直升机平台国内外研究现状及问题 4
1.4 课题意义和目的 5
第二章 有限元计算软件FEMAP简介 7
2.1 有限元分析简述 7
2.2 FEMAP简介 7
2.2.1 FEMAP概述 7
2.2.2 FEMAP优缺点简述 8
2.3 本章小结 9
第三章 “MTR3/4 Tender Barge”钻井驳船直升机平台结构概述 10
3.1 驳船概述 10
3.2 “MTR3/4 Tender Barge”钻井驳船总体结构概述 10
3.3 “MTR3/4 Tender Barge”直升机平台结构设计要点 12
3.4 本章小结 14
第四章 直升机平台结构强度分析 14
4.1 直升机平台结构强度分析概述 14
4.2 甲板板板厚和甲板下加强筋尺寸规范校核 15
4.2.1 许用应力 15
4.2.2 载荷 15
4
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/> 3.3 “MTR3/4 Tender Barge”直升机平台结构设计要点 12
3.4 本章小结 14
第四章 直升机平台结构强度分析 14
4.1 直升机平台结构强度分析概述 14
4.2 甲板板板厚和甲板下加强筋尺寸规范校核 15
4.2.1 许用应力 15
4.2.2 载荷 15
4.2.3 甲板板厚校核 16
4.2.4 甲板板及板下加强筋尺寸强度校核 17
4．3直升机平台强度校核的有限元建模 18
4.3.1 有限元模型 18
4.3.2边界条件 24
4.3.3载荷情况 24
4.3.4 五种计算工况 26
4.4 有限元计算结果分析 28
4.4.1 材料和许用应力 28
4.4.2 自重工况 28
4.4.3 甲板载荷工况 31
4.4.4 正常着陆工况 34
4.4.5 紧急着陆工况 37
4.4.6 风暴自存工况 40
4.4.7 有限元分析结果总结 43
4.5 本章小结 44
结 论 46
致 谢 48
参考文献 49
第一章 绪论
1.1 引言
人类社会的发展，是对资源依赖的加深，对能源的需求必然日益增加。陆地资源的枯竭使海洋油气的需求比例越来越大，就我国而言，在黄海、渤海湾的石油开采已有数十年，并逐渐辐射，向深、远海发展的脚步越来越快。
我国是一个陆海一体的国家，海洋被誉为“蓝色国土”。从经济发展来看，历次工业革命对资源的掠夺就可以看出端倪：经济的发展离不开工业的发展，工业的发展离不开能源的消耗。我国渤海湾，黄海海域，南海海域都蕴藏丰富的海洋资源，从一定意义上说，海洋资源的开发速度决定了当下我国经济发展的脚步；从战略上说，目前全球高产油气区简称“三湾两海”。“三湾”即波斯湾、墨西哥湾和几内亚湾；“两海”即北海和南中国海。南海是目前储量丰富且未经大规模开发的油气田区域，加上南海毗邻马六甲海峡，是连接太平洋和印度洋的必经之地，战略位置险要，所以在南中国海加快海洋石油资源的开发，推进各类海洋结构物的增设是我国目前必然推行的举措。
海洋资源开发的脚步促使各类钻井、作业平台和各种海洋工程船的研究。作为连接海洋工作点和陆地的快速联系，直升机是海洋作业中不可或缺的交通工具，直升机的起飞、着陆需要直升机平台，所以直升机平台几乎是各海洋结构物中不可或缺的附属结构。
1.2 直升机平台概述
1.2.1 直升机平台类型简述
目前海洋平台上的直升机平台的结构形式主要有两种，分别为铝质直升机平台和钢制直升机平台。
铝质直升机甲板是目前比较流行的直升机平台甲板结构形式，铝质直升机甲板甲板梁由铝质桁组合拼接而成，结构示意图见图11。
图11. 甲板梁结构示意图
铝质直升机甲板质量轻，设计使用铝质直升机甲板可以降低平台自重，增加平台可变载荷而增加油气载重量，虽然铝合金比低碳钢的屈服强度低，但是铝合金重量仅为钢的1/3，使用铝质直升机平台可以大幅度降低平台自重；其次铝质甲板耐腐蚀，海水环境下钢结构要做很多防腐蚀措施，相比之下铝质直升机平台施工比较便捷。虽然铝质直升机平台有诸多优点，但需要注意的是由于铝的熔点比钢材低，而在直升机平台上发生燃油泄漏的情况时有发生，所以铝质甲板结构对防火要求较高，需要进行铝材的燃烧试验以保证铝质直升机平台的结构安全。再者目前国内也存在铝材型号不齐全，采购不便的问题[1]。所以海洋平台采用铝制直升机甲板时，几乎都是直接购买上覆的甲板板，很少现场施工制造铝制直升机甲板，从成本上来看，铝质直升机甲板的成本比钢制直升机甲板高很多。一般对于船东对结构物重量有特殊要求，在建造过程中需要严格控制重量精度的，会优先考虑铝质直升机平台。
钢质直升机平台顾名思义就是甲板板材使用钢材，甲板板结构类似船舶甲板结构，板内设置钢制骨材和桁材进行甲板加强。结构示意图见图12。在材料力学特性上，钢材屈服强度和抗拉、压强度都比铝材好，熔点也比铝材高，可以省去燃烧试验[1]。但是缺点是为了支撑钢制甲板面板，甲板板内要设置很多加强结构，骨材繁多，质量比铝材高很多，会增加平台自重。其次在海水环境中，钢制直升机平台需要做好防腐蚀措施，如喷涂油漆，设置阳极腐蚀块等。
图12. 钢制直升机平台甲板结构示意图
由于钢制直升机平台甲板类似船舶甲板结构，所以钢制直升机平台甲板与船舶甲板一样又可以分为横骨架式和纵骨架式甲板。因为直升机平台对结构的要求并没有船舶甲板的要求高，对整体结构安全的影响也没有船舶甲板多，所以对海洋工程结构物而言，直升机平台的甲板既可以采用横骨架式甲板也可以采用纵骨架式甲板。不
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