基于不同海域海况特点的通用型FPSO疲劳损伤分析

由于西非海域、墨西哥湾海域和巴西海域的海况特点存在明显差异,通用型FPSO在三个海域海况下的疲劳损伤呈现出较大差别,对通用型FPSO进行基于不同海域海况特点的疲劳损伤分析,结果表明,对于通用型FPSO,垂向弯矩对于船体结构疲劳强度的影响要比转矩的影响大得多,设计时应充分考虑垂向弯矩的影响;对于主船体关键热点,各海域不同系泊方式下的热点损伤均具有明显差异,其中多点系泊西非海域的疲劳损伤较大,巴西海域次之,墨西哥湾海域最小,内转塔系泊对应的疲劳损伤大于外转塔系泊,设计时应根据通用型FPSO的实际运行海域与系泊方式重点考虑损伤较大的海域与系泊方式。     

浅水浮式平台多点系泊系统适用性研究

为研究浅水海域船型浮式平台多点系泊系统的适用性,以某船型浮式平台为例,设计了2套多点系泊系统。利用AQWA水动力软件,基于三维势流理论,计入风、浪、流的联合作用,分别对悬链式和张紧式多点系泊系统进行时域耦合分析,得到了浮体的六自由度运动和各系泊缆的张力。计算结果表明,张紧式系泊系统浮体平动位移小,横摇幅值较大,各系泊缆张力较大,系泊缆张力不满足规范要求;悬链式多点系泊系统浮体平动位移相对较大,各系泊缆张力较小,浮体的水平偏移和系泊缆张力都满足规范要求。悬链式系泊系统性能较优,不过水平位移仍然需要重点关注。本文研究成果对浅水船型浮式平台多点系泊系统的设计有一定的参考价值。     

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。     

西非海域外输系统中输油管的疲劳分析

外输系统在深水油田开发中得到了广泛应用,而其中输油管的疲劳问题是外输系统设计分析的关键。针对西非深水海域外输系统中的输油管展开疲劳特性分析,基于典型西非海况下外输系统整体时域耦合分析结果,对输油管时域应力曲线采用雨流计数法进行分析,然后根据合适的S-N曲线和Miner线性准则对输油管进行疲劳损伤计算。分析内容包括西非海域不同的环境条件对输油管疲劳的作用,穿梭油轮系泊情况下输油管的疲劳特性并考虑了横向升力对于输油管疲劳损伤的影响等。通过分析得出与输油管疲劳特性相关的环境参数及造成输油管疲劳损伤的主要因素,为输油管的设计与分析提供参照。     

基于T-N曲线和Miner理论的绷紧式深海系泊缆疲劳损伤研究

采用基于T-N曲线和Miner线性累积损伤准则的疲劳累积损伤法对绷紧式系泊系统中聚酯纤维缆的疲劳损伤进行研究。简单阐述了系泊系统疲劳分析的相关理论,并给出了疲劳损伤的具体计算步骤。借助于Ansys/Aqwa以及Matlab软件,以"海洋石油981"为半潜式平台模型,计算了1 500 m水深的绷紧式系泊系统中聚酯纤维缆顶端的疲劳损伤。研究结果表明:低频海况以及高幅值海况对系缆的损伤较大。     

西非海域FPSO系泊系统动力响应及设计分析

针对西非海域1 500 m水深多点系泊FPSO系泊系统,利用全耦合分析软件Orca Flex建立不规则涌浪和风浪流联合作用下船体/系泊线耦合系统模型,对FPSO系泊系统时域的动力响应结果进行统计分析,结果表明,系泊系统满足了西非海域百年一遇飓风海况下的设计标准及FPSO运动响应标准。     

新型沙漏式FDPSO系泊系统疲劳性能评估

为了解决传统船型和已有圆柱筒状FDPSO的性能局限,提出一种具有沙漏型浮式主体的新概念FDPSO。为了满足深海海域系泊的需求,新概念浮体采用钢链-纤维缆-钢链三段组合式的绷紧系泊系统。根据深海绷紧式系泊系统中纤维缆的力学特性,对系泊系统动刚度特性进行了分析。在此基础上,在时域内求解系泊系统的动力响应,并采用T-N曲线法得到系泊缆在长期海况下的疲劳损伤,通过对结果的分析得到了一些有意义的结论,对今后工程应用具有重要参考价值。     

大型集装箱船港口系泊分析

随着集装箱吨位和装载箱数的不断上升,对大型集装箱船港口系泊的研究显得尤为迫切。考虑风、浪、流联合作用的环境条件,运用基于势流理论的AQWA软件对停靠港口船舶的系泊系统进行建模。调用Hydrodynamic Diffraction和Hydrodynamic Response两个模块,在设定相关的参数和条件后,计算得到该停靠船舶在极端工况下的船体时域运动响应情况和每根缆绳的系泊张力大小。由计算结果可知,当风、浪、流的速度和方向不同时,船体在x, y, z方向的运动偏移量和各系泊缆的受力均不相同。最后,对系泊缆的破断安全性进行了校核。研究结果可以为基于AQWA的大型集装箱船码头系泊研究提供参考和思路。     

考虑腐蚀磨损的锚链疲劳损伤评估方法

由于风浪流联合作用和海洋平台的周期性往复运动,系泊锚链受到交变循环载荷作用易发生疲劳破坏,同时系泊锚链遭受严重的腐蚀和链间磨损作用,其强度逐渐减弱,因此提出一种系泊锚链全生命期考虑腐蚀和磨损的疲劳损伤评估方法.首先,根据实际海况完成系泊锚链全生命期的损伤演变计算;然后,使用各损伤模型采用热点应力法计算得到热点处应力集中系数;最后,根据张力时程曲线和链间转角时程曲线,采用雨流计数法完成疲劳损伤评估.计算结果表明,腐蚀和磨损导致锚链疲劳损伤程度逐渐加剧.提出的评估方法具有优良的实用价值和工程意义.     

FPSO单点系泊系统导缆器疲劳寿命预报方法

[目的]导缆器作为船舶与海洋平台系泊系统必不可少的构件,在工作中会受到系泊缆的交变作用力,疲劳问题非常突出。[方法]以一个研发中的旋转式导缆器为研究对象,首先,运用时域水动力计算方法,研究浮式生产储油轮(FPSO)单点系泊系统中导缆器在南海S4海域中所承受的载荷;然后,采用有限元法开展静态分析计算,研究导缆器结构强度,并通过有限元法计算其应力集中系数(SCF);最后,基于波浪载荷计算及结构强度计算结果,针对FSPO的导缆器在各种海况下的疲劳寿命提出一种预报方法。[结果]结果表明,导缆器的疲劳寿命为16.21年,疲劳损伤主要发生在海况51～64时。[结论]所做研究对导缆器的疲劳寿命设计和计算具有参考意义。     

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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

系泊参数对西非海域FPSO水动力性能影响的研究

应用三维势流理论及非线性时域耦合分析方法,研究了西非海域涌浪和风浪联合作用下,系缆根数、系缆长度和系缆间夹角等系泊参数对多点系泊FPSO水动力性能的影响,结果表明不同系缆根数或系缆长度对系缆动力响应和船体运动响应的低频部分有较大影响,为西非海域多点系泊FPSO系泊方案的设计与研究提供有效参考。     

Remaining fatigue life assessment of corroded mooring chains using crack growth modelling

Failures caused by the combined actions of fatigue, corrosion and wear are important safety concerns for mooring chains used on floating structures in the oil and gas industry. Prediction of remaining corrosion fatigue life based on surface condition could therefore be a useful tool for the continued safe operation of corroded chains. This paper investigates the use of crack growth modelling for estimating the remaining corrosion fatigue life of mooring chains that exhibit significant pitting corrosion damage. A crack growth modelling approach is used to produce remaining fatigue life estimates for a selection of severely pitted mooring chains. Using fatigue crack growth rate test results for grade R4 high strength mooring chain steel, empirical crack growth laws are presented for free corrosion and cathodic protection conditions at load ratio R = 0.1. Two different methods for establishing equivalent cracks from surface scans of corrosion damage are presented. The mooring chains are proof loaded as part of their manufacturing process. Residual stresses introduced during this process have therefore been determined by finite element analysis and accounted for in the fatigue crack growth predictions. One of the equivalent crack models, accounting for the single dominant corrosion pit, provided quite accurate fatigue life predictions when compared with full scale test results.