单点系泊系统将军柱疲劳分析

孟轲，董海防，朱刚

(武汉第二船舶设计研究所，湖北武汉 430064)

摘要: 渤海某FPSO的单点系泊装置固定塔架由导管架、将军柱和上部组块构成，其中将军柱是系泊力的主要承受构件之一，其结构安全至关重要。由于系泊力是典型的交变载荷，作用在结构上会产生疲劳损伤，因此有必要对将军柱进行在位期间的疲劳分析。本文提出一种长期海况下海上固定装置疲劳计算方法，通过AQWA软件建立单点系泊系统的多体耦合水动力模型模型，根据渤海的海况环境资料计算出FPSO运动时域内所受到的的系泊力；基于S-N曲线方法与Miner线性累计损伤理论，通过nCode Designlife疲劳计算软件计算将军柱结构的疲劳寿命和管节点的疲劳损伤；评估结构的疲劳强度，分析易发生疲劳的关键节点位置，并给出增加管节点疲劳寿命的建议及设计方法，为相同类型的海上固定式结构物的结构设计及疲劳分析提供有益的参考及借鉴。

关键词：单点系泊；将军柱；载荷谱；长期海况；疲劳分析

中图分类号：TH16; TH133.33 文献标识码：A

文章编号： 1672 – 7649(2020)03 – 0091 – 06 doi：10.3404/j.issn.1672 – 7649.2020.03.018

Single point mooring system king post fatigue analysis

MENG Ke, DONG Hai-fang, ZHU Gang

(Wuhan Second Ship Design and Research Institute, Wuhan 430064, China)

Abstract: The fixed tower of the single point mooring system of a certain FPSO in Bohai consists of a jacket, a king post and a topside. The king post is one of the main bearing members of the mooring force, and its structural safety is essen-tial.Since mooring force is a typical alternating load, it will cause fatigue damage on the structure, so it is necessary to ana-lyze the fatigue of the king post during the in-place.This paper presents a method for calculating the fatigue of offshore fix-tures under long-term sea conditions.Multi-body coupled hydrodynamic model model of single point mooring system estab-lished by AQWA software,calculate the mooring force in the FPSO motion time domain based on the sea state data of the Bohai Sea;Based on the S-N curve method and Miner linear cumulative damage theory, the nCode software is used to calcu-late the fatigue life of the king post and the damage of the pipe joint;evaluate the fatigue strength of the structure, analyze the location of key nodes prone to fatigue, and give suggestions and design methods to increase the fatigue life of the pipe joints.It provides a useful reference for the structural design and fatigue analysis of the same type of offshore fixed structures.

Key words: single-point mooring；king post；load spectrum；long-term sea conditions；fatigue analysis

0 引　言

在渤海海域作业的某现役FPSO采取软刚臂单点系泊方式进行无应急解脱的永久式系泊。软刚臂单点系泊装置通过将FPSO与固定在海床上的固定塔架钢结构相连接，从而将FPSO系泊在指定的作业海域，并且具有风向标效应[1]。在风、浪、流环境载荷的联合作用下，FPSO可以围绕单点系泊装置的固定塔架旋转、横摇和纵荡，最终使FPSO受的系泊合外力最小并保证FPSO能够长期驻泊。

单点系泊装置导管架上方的将军柱是承受系泊力的主要构件之一，其结构特点为直径较大、焊口较长[2]。将军柱的主轴和斜撑在焊接的过程中很难控制焊接变形和保证焊接质量，在焊接点接头处由于焊接缺陷及结构几何不连续性等因素，通常会存在较高的应力集中。在系泊力这种交变载荷作用下焊接裂纹还

第42 卷第 3 期舰船科学技术Vol. 42, No. 3 2020 年 3 月SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGY Mar. , 2020

收稿日期: 2018 – 11 – 18

基金项目: 湖北省自然科学基金资助项目(2018CFA025)

作者简介: 孟轲(1992 − )，男，硕士，工程师，主要研究方向为海洋核动力平台结构设计、导管架结构设计。

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