大型4岛式半潜船结构设计与强度评估研究

随着海工装备的多样化和大型化,对半潜船的装载能力要求越来越高。4岛式半潜船拥有贯通的主甲板,特别适合超尺度船舶和海工结构物的运输。文章简要介绍了常规3岛式半潜船结构设计和强度评估,对影响半潜船载货能力的甲板载荷、许用静水弯矩剪力和中剖面设计进行探讨,这些设计要点对于4岛式半潜船同样适用。与常规3岛式半潜船相比,4岛式半潜船具有边岛窄长、悬伸出船体的独特布置特点,结构设计时需统筹考虑通风排气等管路和设备对船体结构的影响优化设计,同时结构设计需满足重货运输。在此基础上介绍了对某4岛式半潜船进行结构评估的大致思路,分析相关结构强度和关键节点的疲劳设计,并对4岛式半潜船整体和边岛振动进行评估,保证船体性能。

4岛式半潜船的振动特性分析

4岛式半潜船的上层建筑处于边岛位置,结构瘦长且重心较高,虽提高了主甲板载货的空间利用率,但同时降低了上层建筑横向的刚度,在风浪及船上大型机械设备的激励下,易发生较大的横向振动,振动耦合性较强,影响上层建筑生活区的安全性和舒适性。对此,需在早期设计阶段对4岛式半潜船进行有限元分析。利用有限元方法,建立4岛式半潜船的三维数值模型,分析其振动的固有频率及模态,计算航行工况及定位工况下整船的速度响应,并优化上层建筑底部的强肘板。结果显示:4岛式半潜船振动的前6阶固有频率均可避开螺旋桨激励正常工况下的风险频率范围;在航行工况和定位工况下,上层建筑各甲板的速度加权值均符合船舶舒适性相关要求的标准限值;当加强上层建筑底部的肘板后,上层建筑各甲板横向的速度响应峰值可显著下降50%~60%,减振效果良好。为准确预报、优化4岛式半潜船的振动特性提供借鉴。