平台强度校核实例分析

(1．大连中远海运重工有限公司，辽宁大连 116113；2．中国船级社大连分社，辽宁大连 116113)

1 引 言

强度校核(Strength Analysis)是将研究对象看作一个孤立的物体，分析其是否能承受住综合外力的方法。因为其科学、客观的结论输出优势，强度校核越来越被广泛的应用，平台强度校核实例就是很典型的例子。某FPSO在调试阶段发现甲板消防系某阀门振动严重，需要增加支撑。受制于现场空间因素，该支撑不得不在下方的平台上生根。本平台为操控平台，压力承受负荷根本不能满足来自支撑的额外作用力。这就需要对该平台进行合理的加强和改造，并对加强后的平台进行强度校核。本文通过建模、分析、计算、结论输出等环节，详细阐述了FEMAP建模并进行强度校核的整个流程。

2 受力分析(Load Condition)

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

2.1 自重

平台经过FEMAP软件建模，自重5558.6千克，参数如表1。

表1参数

2.2 额外负荷重

操作室(Cabin)总重2.3吨，软管卷盘(Hose reel)总重3.0吨。 FEMAP显示作用力如图1。

图1 作用力示意图

2.3 风力

表2本FPSO 作业环境数据指导书(Metocean Data)

表2风力定义表

及相关计算公式[1]

ρα=空气密度，取1.226 kg/m3，干燥天气 15℃;UT,z=U(T,z)=设置周期的平均速率

DOC工况 风力为2.56*10-4N/mm2; DEC工况 风力为7.30*10-4N/mm2;

在计算过程中，起作用的是+y，-y向，FEMAP显示作用力如下：

图2 风作用力示意图

2.4 加速度

参见本FPSO 初始加速度设置指导书(Acceleration Data)，参数参见如下：

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 强度校核

屈服强度校核(Yield Check)、稳性校核(Buckling Check)

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

4.1 屈服强度校核

根据DNV.GL规范计算公式[2]：

F=ηp* Fy(Fy最小屈服点或者屈服强度；ηp利用系数=β*η0)

β=1.0 (船体结构取1.0)；η0参见如下：

表4参数

根据受力状况评估，η0取0.80，得到许用应力(Allowable Stress)为188MPa

平台实绩屈服应力如下表：

表5应力状况表

结论：各实绩应力均小于许用应力，满足要求。

4.2 稳性校核

根据规范要求，剖面模数按照如下公式计算[3]：

平台支腿6400 mm，为主承重构件。DEC工况较DOC危险，仅考虑DEC工况即可。FEMAP分析如下：

图3 Fe-模型示意图

表6剖面模数表

结论：平台满足要求。

4.3 挠曲校核

FEMAP分析各工况，最差工况如下：

结论：Platform for FWD-3 为最差工况，14.47 mm;Support for FWD-9 为最差工况，6.347 mm。平台满足要求。

4.4 支反力校核

支反力将在边界主甲板支反力校核时进行，本次不予校核。

5 结 语

本文通过管支架需求力着手，对生根平台附加一定的额外强度，通过计算来校核该设定平台强度是否满足管支架的需求。支架力、自重、平台额外负荷、风力及加速度作为平台强度校核的计算输入，借助于FEMAP软件进行有限元分析，分别对屈服强度、稳性、挠度及支反力进行校核并给出校核结论。通过清晰的校核输入、校核过程及校核输出给出了此类案例的解决办法。希望对其他疑似案例起到指导和被借鉴的作用。

图4 FWD-3工况 图5 FWD-9工况