本發(fā)明涉及海洋工程設(shè)計(jì)
技術(shù)領(lǐng)域：
，更具體地說，涉及一種計(jì)算海洋工程中圓管支撐構(gòu)件風(fēng)力載荷的方法。
背景技術(shù)：
：圓管支撐構(gòu)件是海洋工程中經(jīng)常使用的支撐構(gòu)件型式，用于支撐直升機(jī)平臺(tái)、上部模塊等結(jié)構(gòu)和設(shè)備。為了保證此類圓管支撐構(gòu)件安全，必須對(duì)其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行嚴(yán)格的校核，所以需要對(duì)其遭受的各類載荷進(jìn)行計(jì)算，其中風(fēng)力載荷就是此類支撐構(gòu)件所遭受的重要載荷之一。以往計(jì)算圓管支撐構(gòu)件風(fēng)力載荷都是采用高度系數(shù)修正風(fēng)速，然后再用風(fēng)速計(jì)算出風(fēng)力，然而這樣做并不準(zhǔn)確，因?yàn)楦叨认禂?shù)都是經(jīng)驗(yàn)值而且并不連續(xù)，因此計(jì)算出來的風(fēng)力載荷顯然存在較大誤差，并且高度系數(shù)必須根據(jù)圓管支撐構(gòu)件每一段高度的變化多次反復(fù)選取，效率低下，嚴(yán)重影響后續(xù)的設(shè)計(jì)工作。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明旨在提供一種計(jì)算海洋工程中圓管支撐構(gòu)件風(fēng)力載荷的方法。本發(fā)明研發(fā)了計(jì)算圓管支撐構(gòu)件風(fēng)力載荷的精確公式，提高了計(jì)算的精確度和計(jì)算效率，為后續(xù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析打下良好基礎(chǔ)。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種計(jì)算海洋工程中圓管支撐構(gòu)件風(fēng)力載荷的方法，包括如下步驟：S1、設(shè)計(jì)或測(cè)量如下參數(shù)D——圓管支撐構(gòu)件的直徑；Vk——設(shè)計(jì)風(fēng)速；α——圓管支撐構(gòu)件與風(fēng)向的夾角；L——圓管支撐構(gòu)件的長(zhǎng)度；H——圓管支撐構(gòu)件低端與海平面的距離；β——圓管支撐構(gòu)件與海平面的夾角；ds——圓管支撐構(gòu)件上任一微段的長(zhǎng)度；s——圓管支撐構(gòu)件上任一微段ds與圓管支撐構(gòu)件低端的距離，即積分表達(dá)式的積分變量；S2、基于如下公式獲得圓管支撐構(gòu)件上的風(fēng)力載荷：本發(fā)明通過上述技術(shù)方案，提出了用于精確計(jì)算海洋工程中圓管支撐構(gòu)件風(fēng)力載荷的公式，不僅提高了計(jì)算結(jié)果的精確程度，還提高了計(jì)算效率，為后續(xù)設(shè)計(jì)工作奠定了良好的基礎(chǔ)。附圖說明圖1是海洋工程中圓管支撐構(gòu)件及幾何參數(shù)示意圖。圖2是實(shí)施例的圓管支撐構(gòu)件及幾何參數(shù)示意圖。具體實(shí)施方式本發(fā)明根據(jù)風(fēng)速隨著距離海平面高度增加而增大的函數(shù)，通過積分方法推導(dǎo)出一種圓管支撐構(gòu)件風(fēng)力載荷的精確計(jì)算公式。將海洋工程中的圓管支撐構(gòu)件的各項(xiàng)幾何參數(shù)代入本發(fā)明研發(fā)的計(jì)算公式即可精確、高效地求出圓管支撐構(gòu)件所受到的風(fēng)力載荷。式中各幾何參數(shù)如附圖1所示，具體定義如下：Fw——圓管支撐構(gòu)件受到的風(fēng)力載荷；D——圓管支撐構(gòu)件的直徑；Vk——設(shè)計(jì)風(fēng)速，根據(jù)美國(guó)船級(jí)社規(guī)范《MOBILEOFFSHOREDRILLINGUNITS2016》PART3《HULLCONSTRUCTIONANDEQUIPMENT》中的3-1-1-27節(jié)規(guī)定，Vk為距離海面15.3米處，1分鐘內(nèi)的平均風(fēng)速；α——圓管支撐構(gòu)件與風(fēng)向的夾角；L——圓管支撐構(gòu)件的長(zhǎng)度；H——圓管支撐構(gòu)件低端與海平面的距離；β——圓管支撐構(gòu)件與海平面的夾角；ds——圓管支撐構(gòu)件上任一微段的長(zhǎng)度；s——圓管支撐構(gòu)件上任一微段ds與圓管支撐構(gòu)件低端的距離，即積分表達(dá)式的積分變量。附圖中，標(biāo)號(hào)B表示海面，標(biāo)號(hào)C表示風(fēng)向，標(biāo)號(hào)1為圓管支撐構(gòu)件。實(shí)施例1如附圖2所示，某型鉆井船艏部直升機(jī)甲板支撐結(jié)構(gòu)中的某根圓管支撐構(gòu)件的設(shè)計(jì)參數(shù)如下表所示：表1某根圓管支撐構(gòu)件的現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)參數(shù)直徑D(米)0.273長(zhǎng)度L(米)10.32設(shè)計(jì)風(fēng)速為Vk(米/秒)51.44低端距離海面H(米)24.9與風(fēng)向夾角α(°)46與海平面夾角β(°)52將表1中的參數(shù)代入本專利研發(fā)的公式中，即可精確、高效地計(jì)算出該圓管支撐構(gòu)件的風(fēng)力載荷，并用于下一步的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核中。與本發(fā)明方法相對(duì)比，如果采用傳統(tǒng)的計(jì)算方法，則本實(shí)施例的風(fēng)力載荷的計(jì)算方法如下：式中：Fw——風(fēng)力載荷；Vk——設(shè)計(jì)風(fēng)速，根據(jù)美國(guó)船級(jí)社規(guī)范《MOBILEOFFSHOREDRILLINGUNITS2016》PART3《HULLCONSTRUCTIONANDEQUIPMENT》中的3-1-1-27節(jié)規(guī)定，Vk為距離海面15.3米處，1分鐘內(nèi)的平均風(fēng)速；Ch——高度系數(shù)，根據(jù)美國(guó)船級(jí)社規(guī)范《MOBILEOFFSHOREDRILLINGUNITS2016》PART3《HULLCONSTRUCTIONANDEQUIPMENT》中的3-1-3節(jié)中的表格2選取，如下表所示：D——圓管支撐構(gòu)件的直徑；L——圓管支撐構(gòu)件的長(zhǎng)度；α——圓管支撐構(gòu)件與風(fēng)向的夾角；表2高度系數(shù)表格海平面以上的高度,米Ch海平面以上的高度,米Ch0---15.31.00137.0---152.51.6015.3---30.51.10152.5---167.51.6330.5---46.01.20167.5---183.01.6746.0---61.01.30183.0---198.01.7061.0---76.01.37198.0---213.51.7276.0---91.51.43213.5---228.51.7591.5---106.51.48228.5---244.01.77106.5---122.01.52244.0---259.01.79122.0---137.01.56259.0以上1.80從高度系數(shù)表格中的海平面以上高度范圍和附圖2的幾何參數(shù)可知，本實(shí)施例所考察的圓管支撐構(gòu)件應(yīng)以A點(diǎn)為分界點(diǎn)，上下兩段分別對(duì)應(yīng)不同的高度系數(shù)，下段的高度系數(shù)為1.1，上段的高度系數(shù)為1.2，因此采用傳統(tǒng)方法計(jì)算的風(fēng)力載荷為：FW下＝0.3055×51.442×1.1×0.273×7.13×sin52o＝1363.92NFW上＝0.3055×51.442×1.2×0.273×3.19×sin52o＝665.70NFW＝FW上+FW下＝2029.62N如果圓管支撐構(gòu)件很長(zhǎng)的話，則需要?jiǎng)澐指嗟亩蝸韺?duì)應(yīng)不同的高度系數(shù)，很麻煩，效率低，并且高度系數(shù)都是經(jīng)驗(yàn)值且不連續(xù)，因此計(jì)算出來的風(fēng)力載荷顯然存在較大誤差。而本發(fā)明則只需要一個(gè)計(jì)算公式就能完成整根圓管支撐構(gòu)件的風(fēng)力載荷計(jì)算，效率高。通過載荷測(cè)量試驗(yàn)驗(yàn)證，本實(shí)施例的圓管支撐構(gòu)件風(fēng)力載荷實(shí)為1854.79N，由此可見本發(fā)明的計(jì)算結(jié)果比傳統(tǒng)方法的計(jì)算結(jié)果更為精確。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本
技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3