浮式生产储油轮船艏结构疲劳分析

浮式生产储油轮船艏结构疲劳分析

第21卷第2期2003年5月

文章编号:100529865(2003)0220008208　　

海洋工程

THEOCEANENGINEERINGVol121No12May2003

浮式生产储油轮船艏结构疲劳分析

高　震,胡志强,顾永宁,江华涛

(上海交通大学船舶与海洋工程学院,上海　200030)

摘　要:由单点平台系泊的浮式生产储油轮的船艏结构承受着交变系泊力作用。通过详细的艏部结构有限元模型,进行了应力分析,应用S-N曲线和Miner线性疲劳累积损伤原理,进行了疲劳分析,预报了焊缝疲劳寿命。关键词:浮式生产储油轮;结构疲劳;有限元;热点应力中图分类号:U674138　　　文献标识码:A

FatigueanalysisofthebowstructureofFPSO

GAOZhen,HU,(SchoolUniv.,Shanghai200030,China)

Abstract:FPSOismooredbythesingle2pointplatform.Thebowstructurebearsalternateloading.Basedonaloadingspectrumfromashort2termpredictionofthemooringforce,thestressdistributioninthebowstructureonthebasisofadetailedFEmodelhasbeencalculated.S2NcurvesandMinerruleareusedforthefatiguedamageassessmentandpredictionoffatiguelife.Keywords:FPSO;fatigueofstructure;finiteelement;hotspotstress

　　对于深海海域和浅海边际油田的开发,采用浮式生产储油系统(FPSO)较铺设海底管线更具经济效益,因此FPSO的设计和相关的研究工作,是目前海洋石油技术发展的热点之一。在我国渤海与南海石油开发生产活动中,FPSO占有重要的地位。

FPSO在其全部服役寿命期内,不间断地受到海浪作用且一般没有可能进坞维修。因此对结构的疲劳控制提出了较为严格的要求,往往将对于航行船舶的25年疲劳寿命要求提高到40年疲劳寿命要求。FPSO的结构疲劳热点可能出现于船体主结构的各个部位,如纵骨与横构件的穿越处、桁材交叉连接处、肋板的趾端等。此外,甲板上部的附加构件如火炬塔、模块支架根部与甲板连接处等均可能出现疲劳热点。

作为FPSO特有的问题,单点系泊的支架系统MSS(mooringsupportingsystem)安装于船艏,由波浪力引起的交变系泊力,通过系泊支持系统传递到艏部结构(见图1)。因此艏部结构必须设计到足够承受系泊力作用下的疲劳损伤,满足预定的寿命期。

对于如艏部这样的复杂结构,存在着大量的几何形状和受力突变位置,因而有大量的应力热点。疲劳校核不可能遍及所有的应力热点而只能选择高应力值的热点和设计人员特别关注的位置进行,当最高热点应力位置满足疲劳要求时,可以推断其他部件也满足疲劳要求。

在波浪激励下单点系泊摇臂系统作用于艏支架顶部的力,可以由模型试验测得或者通过波浪对船体的诱导载荷计算及船体运动和摇臂系统运动计算得到。本文不介绍这一部分计算工作而直接引用其结果———短期预报载荷谱,重点介绍如何进行结构疲劳计算。

以一艘15万吨FPSO船艏的结构疲劳校核为例,结合给定工作海域的波浪短期预报载荷谱,对船艏结构

收稿日期:2002204224

作者简介:高　震(1977-),男,浙江平湖人,硕士研究生,主要从事船舶与海洋工程结构物设计制造。

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