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

1 引 言

強(qiáng)度校核(Strength Analysis)是將研究對(duì)象看作一個(gè)孤立的物體，分析其是否能承受住綜合外力的方法。因?yàn)槠淇茖W(xué)、客觀的結(jié)論輸出優(yōu)勢(shì)，強(qiáng)度校核越來越被廣泛的應(yīng)用，平臺(tái)強(qiáng)度校核實(shí)例就是很典型的例子。某FPSO在調(diào)試階段發(fā)現(xiàn)甲板消防系某閥門振動(dòng)嚴(yán)重，需要增加支撐。受制于現(xiàn)場(chǎng)空間因素，該支撐不得不在下方的平臺(tái)上生根。本平臺(tái)為操控平臺(tái)，壓力承受負(fù)荷根本不能滿足來自支撐的額外作用力。這就需要對(duì)該平臺(tái)進(jìn)行合理的加強(qiáng)和改造，并對(duì)加強(qiáng)后的平臺(tái)進(jìn)行強(qiáng)度校核。本文通過建模、分析、計(jì)算、結(jié)論輸出等環(huán)節(jié)，詳細(xì)闡述了FEMAP建模并進(jìn)行強(qiáng)度校核的整個(gè)流程。

2 受力分析(Load Condition)

受力分析包括：自重(Self-weight)、額外負(fù)荷重(Extra items weight)、風(fēng)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(tái)經(jīng)過FEMAP軟件建模，自重5558.6千克，參數(shù)如表1。

表1參數(shù)

2.2 額外負(fù)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(fēng)力

表2本FPSO 作業(yè)環(huán)境數(shù)據(jù)指導(dǎo)書(Metocean Data)

表2風(fēng)力定義表

及相關(guān)計(jì)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(shè)置周期的平均速率

DOC工況 風(fēng)力為2.56*10-4N/mm2; DEC工況 風(fēng)力為7.30*10-4N/mm2;

在計(jì)算過程中，起作用的是+y，-y向，F(xiàn)EMAP顯示作用力如下：

圖2 風(fēng)作用力示意圖

2.4 加速度

參見本FPSO 初始加速度設(shè)置指導(dǎo)書(Acceleration Data)，參數(shù)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(qiáng)度校核

屈服強(qiáng)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(qiáng)度校核

根據(jù)DNV.GL規(guī)范計(jì)算公式[2]：

F=ηp* Fy(Fy最小屈服點(diǎn)或者屈服強(qiáng)度；ηp利用系數(shù)=β*η0)

β=1.0 (船體結(jié)構(gòu)取1.0)；η0參見如下：

表4參數(shù)

根據(jù)受力狀況評(píng)估，η0取0.80，得到許用應(yīng)力(Allowable Stress)為188MPa

平臺(tái)實(shí)績(jī)屈服應(yīng)力如下表：

表5應(yīng)力狀況表

結(jié)論：各實(shí)績(jī)應(yīng)力均小于許用應(yīng)力，滿足要求。

4.2 穩(wěn)性校核

根據(jù)規(guī)范要求，剖面模數(shù)按照如下公式計(jì)算[3]：

平臺(tái)支腿6400 mm，為主承重構(gòu)件。DEC工況較DOC危險(xiǎn)，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(shù)表

結(jié)論：平臺(tái)滿足要求。

4.3 撓曲校核

FEMAP分析各工況，最差工況如下：

結(jié)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(tái)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(shí)進(jìn)行，本次不予校核。

5 結(jié) 語

本文通過管支架需求力著手，對(duì)生根平臺(tái)附加一定的額外強(qiáng)度，通過計(jì)算來校核該設(shè)定平臺(tái)強(qiáng)度是否滿足管支架的需求。支架力、自重、平臺(tái)額外負(fù)荷、風(fēng)力及加速度作為平臺(tái)強(qiáng)度校核的計(jì)算輸入，借助于FEMAP軟件進(jìn)行有限元分析，分別對(duì)屈服強(qiáng)度、穩(wěn)性、撓度及支反力進(jìn)行校核并給出校核結(jié)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(duì)其他疑似案例起到指導(dǎo)和被借鑒的作用。

圖4 FWD-3工況 圖5 FWD-9工況