平臺強度校核實例分析

(1．大連中遠海運重工有限公司，遼寧大連 116113；2．中國船級社大連分社，遼寧大連 116113)

1 引 言

強度校核(Strength Analysis)是將研究對象看作一個孤立的物體，分析其是否能承受住綜合外力的方法。因為其科學、客觀的結論輸出優(yōu)勢，強度校核越來越被廣泛的應用，平臺強度校核實例就是很典型的例子。某FPSO在調試階段發(fā)現甲板消防系某閥門振動嚴重，需要增加支撐。受制于現場空間因素，該支撐不得不在下方的平臺上生根。本平臺為操控平臺，壓力承受負荷根本不能滿足來自支撐的額外作用力。這就需要對該平臺進行合理的加強和改造，并對加強后的平臺進行強度校核。本文通過建模、分析、計算、結論輸出等環(huán)節(jié)，詳細闡述了FEMAP建模并進行強度校核的整個流程。

2 受力分析(Load Condition)

受力分析包括：自重(Self-weight)、額外負荷重(Extra items weight)、風力(Wind load)、加速度(Acceleration)、新加管支架作用力(Piping support load)等方面。

2.1 自重

平臺經過FEMAP軟件建模，自重5558.6千克，參數如表1。

表1參數

2.2 額外負荷重

操作室(Cabin)總重2.3噸，軟管卷盤(Hose reel)總重3.0噸。 FEMAP顯示作用力如圖1。

圖1 作用力示意圖

2.3 風力

表2本FPSO 作業(yè)環(huán)境數據指導書(Metocean Data)

表2風力定義表

及相關計算公式[1]

ρα=空氣密度，取1.226 kg/m3，干燥天氣 15℃;UT,z=U(T,z)=設置周期的平均速率

DOC工況 風力為2.56*10-4N/mm2; DEC工況 風力為7.30*10-4N/mm2;

在計算過程中，起作用的是+y，-y向，FEMAP顯示作用力如下：

圖2 風作用力示意圖

2.4 加速度

參見本FPSO 初始加速度設置指導書(Acceleration Data)，參數參見如下：

DOC: Ax max=0.64m/S2Ay max=1.64m/S2Az max=11.84m/S2

DEC: Ax max=1.29m/S2Ay max=3.21m/S2Az max=13.09m/S2

2.5 新加管支架作用力

Fz=-58860N, Fx=±15696N, Fy =0

3 作用力合成(Load Combination)

表3作用力合成表

4 強度校核

屈服強度校核(Yield Check)、穩(wěn)性校核(Buckling Check)

撓曲校核(Deflection Check)、支反力校核(Reaction Check)

4.1 屈服強度校核

根據DNV.GL規(guī)范計算公式[2]：

F=ηp* Fy(Fy最小屈服點或者屈服強度；ηp利用系數=β*η0)

β=1.0 (船體結構取1.0)；η0參見如下：

表4參數

根據受力狀況評估，η0取0.80，得到許用應力(Allowable Stress)為188MPa

平臺實績屈服應力如下表：

表5應力狀況表

結論：各實績應力均小于許用應力，滿足要求。

4.2 穩(wěn)性校核

根據規(guī)范要求，剖面模數按照如下公式計算[3]：

平臺支腿6400 mm，為主承重構件。DEC工況較DOC危險，僅考慮DEC工況即可。FEMAP分析如下：

圖3 Fe-模型示意圖

表6剖面模數表

結論：平臺滿足要求。

4.3 撓曲校核

FEMAP分析各工況，最差工況如下：

結論：Platform for FWD-3 為最差工況，14.47 mm;Support for FWD-9 為最差工況，6.347 mm。平臺滿足要求。

4.4 支反力校核

支反力將在邊界主甲板支反力校核時進行，本次不予校核。

5 結 語

本文通過管支架需求力著手，對生根平臺附加一定的額外強度，通過計算來校核該設定平臺強度是否滿足管支架的需求。支架力、自重、平臺額外負荷、風力及加速度作為平臺強度校核的計算輸入，借助于FEMAP軟件進行有限元分析，分別對屈服強度、穩(wěn)性、撓度及支反力進行校核并給出校核結論。通過清晰的校核輸入、校核過程及校核輸出給出了此類案例的解決辦法。希望對其他疑似案例起到指導和被借鑒的作用。

圖4 FWD-3工況 圖5 FWD-9工況