单点系泊系统将军柱疲劳分析

渤海某FPSO的单点系泊装置固定塔架由导管架、将军柱和上部组块构成,其中将军柱是系泊力的主要承受构件之一,其结构安全至关重要。由于系泊力是典型的交变载荷,作用在结构上会产生疲劳损伤,因此有必要对将军柱进行在位期间的疲劳分析。本文提出一种长期海况下海上固定装置疲劳计算方法,通过AQWA软件建立单点系泊系统的多体耦合水动力模型模型,根据渤海的海况环境资料计算出FPSO运动时域内所受到的的系泊力;基于S-N曲线方法与Miner线性累计损伤理论,通过nCode Designlife疲劳计算软件计算将军柱结构的疲劳寿命和管节点的疲劳损伤;评估结构的疲劳强度,分析易发生疲劳的关键节点位置,并给出增加管节点疲劳寿命的建议及设计方法,为相同类型的海上固定式结构物的结构设计及疲劳分析提供有益的参考及借鉴。     

西非海域FPSO多点系泊系统的疲劳寿命分析

文章首先采用三维频域理论分析西非海域FPSO的水动力性能,得到船体各自由度的运动响应,慢漂载荷,附加质量和势流阻尼等;随后,利用分块法将波浪散点图离散为若干个海况,基于准动态方法对多点系泊系统进行分析,得到各海况下船体的漂移和各系泊缆的张力;最后,结合前两步的计算结果,采用T-N曲线,雨流计数和Miner线性累计损伤理论对系泊缆的疲劳寿命进行预报。研究结果表明,各系泊缆的疲劳寿命沿长度方向的分布趋势基本一致,锚链顶端和触底部分的疲劳寿命较短。此外,西非海域的涌浪对系泊缆的疲劳损伤较大,系泊设计时应予以重点关注。     

单点系泊FPSO系泊缆疲劳寿命研究

采用准动态方法对单点系泊FPSO进行系泊分析,并采用T-N曲线和Miner线性疲劳累积损伤理论以及雨流计数方法对系泊系统进行疲劳分析,研究每一根系泊缆不同位置处的疲劳寿命,研究发现每一根系泊缆触地点位置的疲劳寿命最短。     

圆筒型FPSO上部模块支撑结构疲劳分析

与船型FPSO相比,圆筒型FPSO没有明显的总纵弯曲,上部模块与船体结构之间通常采用刚性支墩来连接,水平运动所产生的弯矩和装/卸载引起的船体垂向变形对模块支撑结构的影响较为显著。因此,以“希望6号”圆筒型FPSO上部模块支撑结构为研究对象,基于DNVGL船级社规范,介绍一种简化疲劳分析方法。以FPSO运动加速度和船体变形载荷作为载荷输入条件,利用SESAM/GeniE软件进行有限元分析,得到结构在所有组合工况下应力的扫描计算结果。根据作业海域各个方向波浪发生的概率,运用简化疲劳分析方法计算得到所关注节点的疲劳损伤和各个工况对结构节点疲劳损伤度的贡献。结果表明,所关注节点的疲劳强度均满足设计疲劳强度要求;同一节点的疲劳损伤对不同浪向的敏感度不一样。该简化疲劳分析方法同样适用于承受周期性载荷的FPSO上部模块主结构和其他型式海洋结构物的疲劳分析。     

基于雨流计数法的锚泊线疲劳强度评估

深海FPSO一般由多根锚泊线组成的系泊系统进行定位,为保证结构的安全性,开展锚泊线疲劳强度评估分析显得至关重要。本文采用改进的雨流计数法结合T-N曲线和Miner线性疲劳累计损伤理论对某FPSO锚泊线进行疲劳性能分析。针对锚泊线的疲劳损伤,分析其疲劳损伤的不利位置,从而为FPSO系泊系统的维护提供重要依据。     

深水悬链复合锚泊线疲劳损伤计算

以某座Spar平台的锚泊系统为研究对象,首先利用三维绕射理论计算Spar平台主体波浪力,得到平台的总体运动响应时程。再建立复合锚泊线的二维非线性有限元动力分析模型,基于DelVecchio(1992)提出的经验公式,采用迭代的方法计算复合锚泊线的刚度。锚泊线和海床之间的接触作用基于刚性海床假定,基于Morrison公式计算锚泊线的惯性力和拖曳力荷载,根据计算得到的平台主体运动响应时程作为锚泊线顶端输入条件,在时域范围内进行复合锚泊线的动力分析。计算得到中国南海某海域各短期海况条件下复合锚泊线应力的时间历程曲线,采用雨流法对其计数得到对应于各短期海况条件下的疲劳载荷谱。最后根据Miner线性累积损伤模型,对复合锚泊线在长期海况条件下的疲劳损伤进行比较计算。     

海洋核动力平台疲劳寿命评估

针对海洋核电平台,提出一种疲劳评估方法。考虑海洋核电平台的工作特性,工作状态时选取首向浪向不等概率分布的波浪载荷,拖航状态时选取全浪向等概率分布的波浪载荷,分别计算出两种波浪载荷下的疲劳损伤度,再根据两种状态下的时间分配系数得到总的损伤度。根据提出的疲劳评估方法,建立核电平台的有限元模型,选取危险疲劳节点进行细化处理,通过有限元分析得到应力传递函数以及疲劳损伤度,验证了评估方法的可靠性,确定了危险疲劳节点的位置,并为类似平台的疲劳问题提供参考。     

基于谱分析法的FPSO剩余疲劳寿命研究

疲劳破坏是船舶与海洋工程结构破坏的主要模式之一。多年来,船舶结构的疲劳断裂问题一直是造船界广泛关注的问题[1]。对于由大型油船改装而成的FPSO而言,预测并延长其服役寿命是很关键的。本文通过谱分析法对船体疲劳损伤度进行计算,分别对油船和FPSO阶段进行计算从而得到FPSO剩余疲劳寿命。通过建立3D有限元模型,采用热点应力方法来确定评估处应力传递函数,分别计算各个短期海况损伤度并通过线性叠加来计算总的损伤度以及剩余疲劳寿命。根据疲劳评估结果,更加高效地实施船体结构的检测及维修。     

新型多筒式FDPSO概念设计及其系泊系统分析

为研究新型多筒式浮式钻井生产储卸油轮（FDPSO）的系泊系统及其动力响应特性,评估其系泊系统的疲劳性能,针对新型FDPSO的总体布置,以中国南海1 000 m水深为背景,设计新型储油装置的系泊系统,研究系泊点和导缆孔、系泊缆布置及系缆的结构形式。考虑腐蚀和南海风浪条件,计算系泊系统的动态响应,校核系泊系统的强度,计算系泊状态FDPSO的运动响应和系缆张力。考虑南海西沙波浪分布,采用S-N曲线以及Miner线性累计损伤理论,并采用雨流计数方法,对系泊系统进行疲劳分析。结果表明,设计的多筒式FDPSO的系泊系统能够满足作业定位的要求,可以抵御百年一遇的风浪作用,疲劳寿命大于设计寿命的3倍。     

Low-cycle fatigue assessment of offshore mooring chains under service loading

The integrity of mooring chains is essential to the safety of a range of offshore platforms. However, mooring line failures are occurring earlier than their design lives, with a high number of these failures occurring due to fatigue. Early in the fatigue life of the component fatigue initiation processes occur, where the fatigue hotspot is sensitive to the mean load and there is plastic strain accumulation from the multiaxial stress-strain responses of the material, leading to cyclic plastic damage accumulation. The traditional SN approach suggested by mooring standards does not consider these effects, and it is proposed that this lack of consideration under low-cycle fatigue conditions is the reason for the current non-conservative fatigue assessments of mooring chains. This paper aims to develop a fatigue approach based on a critical plane multiaxial fatigue criterion for mooring chains that can consider the damage-induced by the cyclic plasticity and the mean load effect, to investigate the importance of incorporating low-cycle fatigue into the mooring chain life prediction. To develop the critical plane approach, the multiaxial stress-strain states are extracted for the critical plane at the fatigue hotspot from a finite element model of a mooring chain. This is then correlated with a fatigue life prediction provided by conventional fatigue design data. It uses a simulation of an FPSO as a case study to demonstrate the importance of low cycle fatigue, which shows that the mean load effect is significant in reducing the fatigue life for mooring chain applications, while the effect of fatigue damage-induced cyclic plasticity is limited. The fatigue damage accumulation predicted by the critical plane approach is significantly higher than that of the traditional SN approach and should be accounted for in mooring line design.     

不同泊位长度对LNG船系泊的影响

通过1∶60的整体模型试验研究了不同泊位长度对17. 2万m~3LNG船系泊的影响,分析了船舶在风浪流联合作用下的运动量和缆绳张力变化情况。研究表明:横浪、横风、落潮流条件下,泊位长度缩短,艏、艉缆力分担了部分横缆力,对均衡艏、艉缆和横缆力有利,最大缆力变小;顺浪、顺风、落潮流条件下,泊位长度变化对系缆力影响不大;斜浪、横风、落潮流条件下,船舶受斜波作用,其纵横向均分配波浪力,倒缆与横缆或艏艉缆的受力基本相当;顺风时,倒缆力会大于横缆力和艏、艉缆力。该研究为天津LNG项目推荐了合适的泊位长度,可为码头工程设计提供参考。     

应用高阶边界元法求解FPSO型采油平台波浪漂移力的研究

波浪平均漂移力是影响FPSO系统系泊、立管安装和卸载的重要外在荷载。文中针对英国北海正投入使用的萨哈林型式FPSO,应用高阶边界单元方法对其二阶水动力特性进行了计算分析,计算中考虑了物体的几何对称性,FPSO系统所受到的纵荡,横荡以及首摇方向的波浪平均漂移力采用近场解法在湿表面上直接进行压力积分获得。与常数单元方法相比,该方法具有很高的精度,特别是对于高频波浪能得到可靠的收敛解。研究表明为了使得FPSO系统在恶劣海况下安全使用,FPSO系统必须始终保持迎浪状态工作。     

钢管桁架结构在系缆力作用下的疲劳寿命分析

外海开敞大型原油码头系缆墩采用全钢钢管桁架结构时,利用计算系缆力研究其疲劳寿命,往往使计算疲劳寿命偏短,与实际情况偏离较大。目前对实测系缆力的分析研究较少,无规律可循。对日照港岚山港区30万吨级原油码头扩建工程的实测系缆力数据进行分析研究,找出系缆力的分布规律,并根据系缆力的概率分布分析系缆墩管节点的疲劳损伤。分析结果表明：结构疲劳损伤最大的为中层管节点,系缆力对系缆墩疲劳损伤影响较小,仅为10-4数量级。     

多点系泊型式浮式生产储油船(FPSO)的运动响应预报

对多点系泊形式FPSO的运动响应及系泊力问题进行了研究,通过软件和试验结果的对比,就软件预报的可用性进行了评估,并用软件计算了系泊位置变化对FPSO运动响应和系泊力的影响.对比表明,MOSES软件计算多点系泊型式FPSO运动响应的结果具有较好的可信度.     

FPSO船典型节点疲劳强度分析

本文对浮式生产储油轮(FPSO)肋骨框架局部结构的节点进行了疲劳强度分析和计算。使用通用的有限元分析软件——ANSYS，对一个典型的局部结构节点建立了计算模型并进行参数分析。该局部结构为舷侧纵桁与腹板的连接节点。大量的调查实践证明，此处是疲劳损伤的高发区。文中选取了挪威科技大学建立的一个试验模型作为参考依据，采用美国船级社的计算规范对局部结构的两个热点应力区的疲劳强度进行了估算，并将计算结果与试验模型的结果进行了比较。结果表明：合理的补板以及腹板开口的尺寸可以提高该局部结构的疲劳寿命；疲劳损伤的定义需要根据疲劳失效后果加以确定从而给出基于风险的最佳检测和维修计划。     

3-D computational method of wave loads on turret moored FPSO tankers

A three-dimensional method of calculating wave loads of turret moored FPSO (Floating Production Storage and Offloading) tankers is presented. The linearized restoring forces acting on the ship hull by the mooring system are calculated according to the catenary theory, which are expressed as the function of linear stiffness coefficients and the displacements of the upper ends of mooring chains. The hydrodynamic coefficients of the ship are calculated by the three-dimensional potential flow theory of the linear hydrodynamic problem for ships with a low forward speed. The equations of ship motions are established with the effect of the restoring forces from the mooring system included as linear stiffness coefficients. The equations of motions are solved in frequency domain, and the responses of wave-induced motions and loads on the ship can be obtained. A computer program based on this method has been developed, and some calculation examples are illustrated. Analysis results show that the method can give satisfying prediction of wave loads.     

Probabilistic fatigue analysis of marine structures using the univariate dimension-reduction method

Probabilistic fatigue analysis of offshore structures requires the numerical simulation of a huge number of loading cases to compute the long-term multi-dimensional integral associated to the fatigue damage assessment. This paper proposes the implementation of the univariate dimension-reduction method developed by Rahman and Xu [1] in order to compute the long-term fatigue damage more efficiently. This method is particularly attractive because it reduces significantly the number of simulations by decomposing the N-dimensional integral associated to expected long-term fatigue damage assessment into the sum of N one-dimensional integrals. In addition, this paper compares the univariate-dimension reduction method with the brute force direct integration methodology and other methods based on Taylor expansions, such as perturbation approach and asymptotic expansion method discussed by Low and Cheung [2]. Two comprehensive examples are included to show the effectiveness of the method. At first, the performance of the univariate dimension-reduction method is evaluated by assessing the fatigue damage of a theoretical structure represented by a single stress response amplitude operator (RAO). Then, in order to show a case of practical application, the fatigue damage is evaluated for a Steel Lazy Wave Riser (SLWR) connected to an FPSO in a water depth of 2200 m.     

极浅水单点系泊系统的设计研究

在分析研究单点系泊系统的主要形式、特点和适用范围的基础上,选取了软刚臂单点系泊系统作为的"海洋石油113"新单点系泊系统,针对其设计中遇到的难题,进行了深入研究,归纳总结了极浅水海域单点系泊系统的设计时所重点关注的设计基础、低频波浪力、触底和上浪等关键问题,为今后极浅水单点系泊系统设计提供一点借鉴经验。     

FPSO延寿疲劳评估和疲劳寿命改善设计

以“南海胜利”FPSO原作业区的第三次延寿项目为研究对象，对纵骨与横舱壁、横向强框的连接节点，舱内桁材大肘板趾端节点，模块支墩与主甲板连接处的肘板趾端节点，以及与内转塔装置连接处的结构节点，分别采用了简化疲劳方法、热点应力法及谱疲劳分析法，对不同部位节点进行疲劳评估，并针对疲劳高危节点，通过合理的结构形式改造，进行结构的疲劳寿命改善设计。本文旨在探索疲劳评估方法与寿命改善设计在FPSO延寿改造中的应用。     

海上养殖平台系泊系统耦合动力响应与疲劳计算

以某管架式海上养殖平台为例,计算平台-系泊系统耦合时域动力响应与系泊系统疲劳寿命,分析锚链拉力统计特性、平台运动规律、疲劳损伤成分比例等因素的影响。研究发现系泊系统动力响应具有明显的非线性特征,定常漂移力对本平台系泊系统极限载荷有重要影响,而波频振荡是产生疲劳损伤的主要因素。计算结果表明,系泊缆能够有效限制平台运动,且疲劳寿命满足设计要求,可为类似平台的设计和安全性评估提供参考。