用于 FPSO 系泊系统的吸力锚疲劳分析研究.pdf

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1、第４２卷第６期船海工程Ｖｏｌ．４２Ｎｏ．６２０１３年１２月ＳＨＩＰ＆ＯＣＥＡＮＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＤｅｃ．２０１３ＤＯＩ：１０．３９６３／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１-７９５３．２０１３．０６．０４２用于ＦＰＳＯ系泊系统的吸力锚疲劳分析研究张孝卫，刘玉玺，王江宏，靳宝旺，董志亮（海洋石油工程股份有限公司，天津３００４５１）摘要：以某系泊系统吸力锚的设计为基础，运用ＡＮＳＹＳ有限元软件和编制的表格对吸力锚系泊点处的疲劳进行计算分析。通过对局部结构进行调整试算，得出较为优化的加强方案。关键词：吸力锚；系泊系统；系泊点；筒壁；疲劳分析中图分类号：Ｕ６７５．９２文献标志码：Ａ文章编号：１６７

2、１-７９５３（２０１３）０６-０１６７-０５吸力锚采用一种上端封闭、下端开口的钢质筒形结构。借助设置在顶盖上的潜水泵外抽桶内的水，当抽出的水量大于底部渗入的水量时，在封闭的筒体内形成负压。当负压足够大，以至于产生向下的推力能够克服下沉的土体阻力时，锚体就会不断的被压入土中。达到预定深度后，停止泵吸，桶内负压随之消失，经过一段时间土体固结图1吸力锚筒壁与拖点连接形式以及试拉之后，即可承受系泊力。桶体依靠内外侧壁的摩擦力和上壁的吸附力等，提供在位期间分析方法也分为确定性疲劳、谱疲劳、简化疲劳的抗拔和抗压承载力。与拖曳锚、重力锚、桩锚等等。而本文依据工程实例，采取ＢＶ规范推荐的其它基础

3、形式相比，吸力锚结构具有定位准确，施疲劳计算方法对结构寿命进行研究。通过修改结工迅速，便于回收等优点，且可提供全方位锚固构形式，进行定量的分析，对比分析不同的调整方力，能够适应系泊油轮围绕系泊点做３６０°旋转的案的优缺点，为工程实际设计提供一种安全、方便要求，近年来已越来越多地作为系泊系统的基础且经济的方法。下面介绍确定性疲劳分析的原理被采用［１-２］。和流程。一般吸力锚的最佳受力点位于其贯入深度的１理论基础２／３至３／４之间，此时吸力锚与土体结构作用模型的破坏形式表现为平动。在位期间，承受着锚1．1方法流程浮式结构承受着周期性环境荷载的作用，锚链的交变载荷，而作为重要传力构件的

4、吊点与筒链将周期性荷载传递给吸力锚。所以处理此类疲体之间的连接处，容易产生高应力区域。此处的劳分析，要根据材质、作用点焊接形式和环境因寿命直接决定整个吸力锚的使用期限。所以研究素，选择合适的S-N曲线。图２为典型的双直线此处的疲劳性能是非常必要的。图１给出吸力锚型S-N曲线。筒壁和拖点之间的典型连接形式。［３-５］近年来相关规范对不可检测区域的疲劳寿命安全系数要求统一提高到１０，说明疲劳分析在海洋结构分析中起着重要的作用。常用的疲劳收稿日期：２０１３－０８－２８修回日期：２０１３－０８－３１第一作者简介：张孝卫（１９８２－），男，硕士，工程师图2双直线型S-N曲线研究方向：船舶与

5、海洋工程的结构物设计E-mail：ｚｘｍ＠ｍａｉｌ．ｃｏｏｅｃ．ｃｏｍ．ｃｎ首先通过ＡＮＳＹＳ软件算出交变荷载下热点１６７第６期船海工程第４２卷处的应力范围，乘以应力集中系数和厚度调整系吸力锚拖点和筒壁处的热点疲劳可选用D数得出应力幅值，根据S-N曲线给出的应力幅值曲线进行疲劳寿命校核。疲劳热点处的壁厚与试查出许用的循环次数。已知交变荷载的作用次数件壁厚不一样，考虑厚度影响后，S-N公式如下。除以许用的循环次数，得出一定荷载范围内的损tmｌｇS＋ｌｇN＝ｌｇK＝ｌｇKｐ－０．３mｌｇ伤值。为了统计出全荷载分布范围内的结构疲劳１６寿命，采取Ｍｉｎｅｒ-Ｐａｌｍｇｒｅｎ线性累积损伤理

6、论算（５）出结构服役周期内的疲劳损伤。t０．３转变后为ｌｇN＝ｌｇKｐ－mｌｇ（S（））k１６niDi＝∑（１）（６）i＝１Ni式中：t———疲劳热点处壁厚。式中：Di———每种荷载下的损伤值；考虑到曲线是在空气中做出，没有考虑吸力k———所有应力幅值的个数；锚所处的环境条件，进而对疲劳损伤进行修正如ni———在应力幅值Si下的循环次数；下。Ni———应力幅值Si的许用次数。D＝BｃｏｒD（i）（７）对于一旦失效将导致灾难性后果的关键构式中：Bｃｏｒ———考虑海水腐蚀，对结构服役期间对件，安全系数应用较大值，结构的疲劳寿命表示为损伤值的修正，规范规定公式为１L＝（２）ttm－１F

7、∑DiBｃｏｒ＝｛（）－１｝（８）rｃnａ（m－１）t－rｃnａ式中：L———疲劳寿命；其中：nａ———结构设计寿命；F———寿命的安全系数。rｃ———腐蚀速率，ｍｍ／年；1．2规范做法t———疲劳热点处板厚。ＢＶ，ＤＮＶ和ＡＰＩ相关规范对疲劳做法均有定义，设计者可根据实际项目要求选用不同的规范２实例介绍进行校核，本文结合吸力锚结构，依据ＢＶ规范对某浮式储油平台，水深约１００ｍ，锚泊系统分疲劳分析做一个简单说明。ＢＶ规范规定的S-N３组，每组３条，组间距为１２０°，线间距为５°，