FPSO船體梁極限強(qiáng)度分析與有效生命期預(yù)報(bào)_郭昌捷.pdf

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1、第44卷第6期大連理工大學(xué)學(xué)報(bào)Vol.44,No.62004年11月JournalofDalianUniversityofTechnologyNov.2004文章編號(hào):1000-8608(2004)06-0839-05FPSO船體梁極限強(qiáng)度分析與有效生命期預(yù)報(bào)*11121郭昌捷,任剛,張道坤,馬延德,侯穎(1.大連理工大學(xué)船舶工程學(xué)院,遼寧大連116024;2.大連新船重工,遼寧大連116012)摘要:利用理想單元法(ISUM)研究了浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油船(FPSO)完整船體與受損結(jié)構(gòu)船體梁極限強(qiáng)度.考慮了腐蝕及碰撞對(duì)船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)

2、度的影響,評(píng)估了腐蝕狀態(tài)下船體極限強(qiáng)度隨時(shí)間的變化;在人為因素風(fēng)險(xiǎn)分析基礎(chǔ)上對(duì)該船船體有效生命期進(jìn)行了預(yù)報(bào).分析表明,船體梁極限強(qiáng)度是影響船舶安全的重要因素,對(duì)FPSO進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析和安全評(píng)估是必要而且可行的.另一方面,將工程技術(shù)與管理科學(xué)結(jié)合起來(lái)研究安全問(wèn)題是合理有效的途徑.主要結(jié)論對(duì)于海事界實(shí)施綜合安全評(píng)估,提高船舶或海洋結(jié)構(gòu)物安全性具有理論意義和應(yīng)用價(jià)值.關(guān)鍵詞:船體梁極限強(qiáng)度;人為因素;風(fēng)險(xiǎn)分析;有效生命期;綜合安全評(píng)估(FSA)中圖分類(lèi)號(hào):U661.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A0引言船體強(qiáng)度理論研究和海上事故分析表明,船體梁

3、極限強(qiáng)度不足是造成重大海損的主要原因之[1、2]一.所有事故中,約80%是人為因素(humanfactors)所致.因此,科學(xué)地考慮人為因素是改進(jìn)圖1FPSO船體分艙布置簡(jiǎn)圖船舶安全的合理有效途徑.本文以“文昌”號(hào)浮式Fig.1DivisionofhullforFPSO生產(chǎn)儲(chǔ)油船(FPSO)為例,針對(duì)極限強(qiáng)度,考慮人1.2研究?jī)?nèi)容與技術(shù)路線(xiàn)為因素,進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析與有效生命期預(yù)報(bào),為實(shí)施本文研究?jī)?nèi)容包括3部分:完整船體計(jì)算模綜合安全評(píng)估(formalsafetyassessment,型和結(jié)構(gòu)破損形態(tài)建立、相應(yīng)船體梁極限強(qiáng)度分

4、[3]FSA)提供背景條件.析以及腐蝕對(duì)船體梁極限強(qiáng)度的影響.研究過(guò)程1船體梁極限強(qiáng)度分析與安全評(píng)估中關(guān)注對(duì)人為因素風(fēng)險(xiǎn)分析與綜合安全評(píng)估的探討.其技術(shù)路線(xiàn)如下:1.1“文昌”號(hào)船體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)(1)首先針對(duì)FPSO艙室布置和結(jié)構(gòu)特點(diǎn),建文昌號(hào)用于南中國(guó)海石油加工和儲(chǔ)藏,工作立適應(yīng)極限強(qiáng)度分析要求的完整及受損船體的結(jié)區(qū)域海況惡劣,且需服役10a后才能進(jìn)塢檢修,故構(gòu)形態(tài)(scenario)或模型.在全生命期內(nèi)保證其極限強(qiáng)度十分重要.(2)應(yīng)用理想單元法(ISUM)程序軟件對(duì)該FPSO分艙簡(jiǎn)圖如圖1所示,其主尺度如FPSO實(shí)船進(jìn)

5、行計(jì)算分析,得出完整、破損和考慮下:兩柱間長(zhǎng)250.0m;型寬46.0m;型深24.6腐蝕影響的船體梁極限彎矩設(shè)計(jì)值.m;吃水16.5m;方型系數(shù)0.9002.收稿日期:2003-11-10;修回日期:2004-09-28.基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(70073044).作者簡(jiǎn)介:郭昌捷*(1941-),男,教授.840大連理工大學(xué)學(xué)報(bào)第44卷(3)進(jìn)行FSA,預(yù)報(bào)有效生命期并提出控制船體結(jié)構(gòu)劃分為各種理想化的單元模型,如加筋風(fēng)險(xiǎn)、適時(shí)維修加強(qiáng)或報(bào)廢的決策建議.板單元、非加筋板單元、梁-柱單元、硬單元、虛單1.3

6、結(jié)構(gòu)形態(tài)建立元等.該方法的優(yōu)點(diǎn)在于單元數(shù)量較少,計(jì)算快[4]1.3.1完整結(jié)構(gòu)形態(tài)根據(jù)FPSO艙室布置和捷,完整船體和受損結(jié)構(gòu)可用同一計(jì)算模型.結(jié)構(gòu)特點(diǎn),建立適應(yīng)極限強(qiáng)度分析要求的結(jié)構(gòu)形結(jié)合本FPSO的橫剖面圖,按照各板材、骨材的具態(tài)和計(jì)算模型.為減少模型化和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作體情況,劃分單元并按不同單元順序編號(hào),得到完量,建立對(duì)完整船體及受損結(jié)構(gòu)都適用的統(tǒng)一計(jì)整船體單元?jiǎng)澐秩鐖D2,簡(jiǎn)化圖如圖3所示.算模型.此時(shí)采用理想單元法十分方便.首先將圖2單元?jiǎng)澐謭DFig.2Divisionofelements(2)碰撞損傷的部位和范圍

7、當(dāng)前研究包括確定型和概率型2種破損模型,后者尚處在研究中.在當(dāng)今破損資料較缺乏[5、6]的情況下,本文參照有關(guān)資料建立確定型破損模型.為了進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析,此種破損應(yīng)具有較大發(fā)生頻率且可能導(dǎo)致船體嚴(yán)重破壞,亦即可能對(duì)船舶安全構(gòu)成風(fēng)險(xiǎn).據(jù)此危險(xiǎn),剖面的范圍必圖3完整結(jié)構(gòu)單元?jiǎng)澐趾?jiǎn)化圖Fig.3Divisionofelementsforintactstructure須包括船體梁彎矩或切力的峰值,其破損范圍位于舷側(cè)外板頂部和強(qiáng)力甲板邊板及其相連接的強(qiáng)1.3.2受損結(jié)構(gòu)形態(tài)力構(gòu)件.具體情況詳述如下.(1)結(jié)構(gòu)破損模型的要求由碰撞造成

8、的船體結(jié)構(gòu)損傷部位設(shè)定發(fā)生在結(jié)構(gòu)破損模型的建立必須合理,且模型可適距首柱0.15L之后和距尾柱0.2L之前任一位置應(yīng)于對(duì)船體進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析(riskanalysis).風(fēng)險(xiǎn)處的干舷上,至少應(yīng)考察2個(gè)位置:一個(gè)在船中彎系指事故的發(fā)生頻率和后果嚴(yán)重性的組合乘積.大量海難事故統(tǒng)計(jì)分析表明,對(duì)船舶安全構(gòu)成風(fēng)矩峰值區(qū)域,另一個(gè)在