相对于建设固定式港口散料码头,海上过驳平台作为“海上移动码头”,具有对水域条件适应性强、作业机动灵活、服务半径广、投资收益率高等特点,该过驳平台在港口航道通航水深、码头结构靠泊能力及建设条件等受限情况下,提供了一种经济、便捷的散料转运解决方案。由于海上过驳平工作时易受到风、浪、流等复杂环境载荷和起重机、带式传送系统、装船机等上部多重构件工作载荷的联合作用,从而会出现过驳平台总体受力大,局部受力集中且分布不均的情况。作为一种新型的海上工程作业船舶,为保证海上过驳平台能正常工作,有必要对其关键结构强度及振动特性进行研究,以便全面了解该型船舶在工作过程中的受力特点及振动特性,为该型船舶的设计提供技术支撑。本文开展了海上过驳平台关键结构强度及振动特性研究。首先,对全船波浪载荷计算进行研究,为下一步进行全船以及局部强度有限元分析奠定基础;其次,以典型海上过驳平台为对象,建立全船有限元模型,对全船结构强度进行直接计算,得到船体各结构应力变形分布规律,确定高应力区域;然后,对起重机基座结构局部强度进行计算分析,并提出3种加强方案,根据应力结果完成局部加强方案的优选;最后,以装船机外臂架结构为研究对象,用模态分析法得到外臂架结构的前七阶固有频率和振型,用频率响应法得到外臂架结构的振动响应。本文主要研究工作如下:(1)海上过驳平台全船波浪载荷计算研究。运用NAPA软件建立船体湿表面模型,对模型进行分舱加载以及定义空船重量,计算得出船舶的重力与浮力分布,再依据坦谷波理论施加各工况相应的波浪要素,通过改变波峰或波谷与船舶的相对位置,计算出船舶在静波浪中的平衡位置,进而绘制出船舶在中拱、中垂状态下的波浪曲线,为下一步进行全船以及局部强度有限元分析奠定基础。(2)海上过驳平台全船结构强度有限元分析。基于有限元理论,以一艘典型海上过驳平台为研究对象,运用有限元软件MSC.Patran/Nastran对海上过驳平台建立全船结构三维有限元模型,边界条件采取惯性释放法,选取了实际作业中6种典型工况,应用全船结构强度直接计算方法,完整实现了全船有限元分析全过程,获得了船体各结构的总强度应力分布并确定高应力区域,真实地预报船体的相对变形,作为判断船体总纵强度和局部强度的依据。(3)回转起重机基座结构局部强度及加强方案研究。运用MSC.Patran/Nastran软件对海上过驳平台基座结构进行局部强度有限元分析,首先确定模型范围和计算工况,选取载荷和边界条件,然后对其进行直接计算并对结构应力、变形结果进行分析,得出主要破坏载荷及强度不足的部位和原因。选出3种满足基座结构强度的加强方案,并对其进行直接计算,从力学性能和结构形式两方面对3种加强方案的计算结果进行比较分析,确定出方案三为满足强度要求的最优加强方案,再对方案三的横隔板板厚进行手工优化,得出当板厚为8mm时最优。(4)装船机外臂架结构振动特性研究。基于振动和模态分析相关理论,运用有限元分析软件对装船机外臂架结构进行建模和分析。通过模态分析,得出前七阶固有频率和振型。然后以传递率为参数研究了外臂架结构的振动传递特性,基于频率响应法,获得外臂架结构在单点力和单点力矩作用下的振动响应。