
近年来,在早期采油生产系统和开发边际小规模油田的生产系统中,浮式生产储油船被广泛采用。目前,这种生产储油船有的是由旧油轮改造的,有的是新设计建造的。它们的特点之一是具有容积很大的储油舱和压载舱,从构造形式上可以看成是油轮类型。这种船在整个油舱区域设置几道纵舱壁和相当数量的横舱壁。为考虑对碰撞的安全性及防止储油外流造成污染,新设计的储油船还设置双底结构和双层壳体结构。
储油船与一般运输油轮就其环境条件而言是不同的。因为储油船通常是系泊在特定的海域中进行长期作业生产的,它不能像运输船舶那样在遇到恶劣海况时可完全避航,所以环境条件对储油船的安全性和作业效率有着很大的影响。它也和近海工程结构物一样,在设计中需要考虑两种环境条件,即作业工况和生存工况。生存工况是与船舶安全性有关的外力条件最恶劣的工况,通常取50年或100年一遇的环境条件下的工况。对于储油船的船体强度必须考虑到能承受在这种生存条件下的波浪载荷的作用。
转塔式系泊的生产储油船,在肿前部位的船体上开出一个直径相当大的转塔孔,这使得船体在该处的横剖面面积有所损失,同时也使得一些纵向构件的连续性受到了破坏。此外,转塔的支承和定位系统传送的环境载荷对船体的作用也使转塔开孔周围的船体结构的应力分布复杂化。因此,研究转塔锚泊系统的储油船的强度问题很有必要。本文主要对储油船的总体强度进行有限元分析。
按一般考虑,储油船的总强度由船体纵向构件来承担。目前各国船级社的建造规范对储油船还没有明确成文的规定,不过仍可按建造规范对油轮的规定作为基本要求。规范对船体总纵强度的要求是满足最低的剖面模数,这个数值直接由船体承受的总纵弯矩大小来决定,总纵弯矩包括两个部分,即静力弯矩和波浪弯矩。
为了研究转塔式储油船在肿前部位开孔后的总纵弯矩分布和数值大小,先以常规的标准纵强度计算方法进行讨论。
转塔式储油船在肿前有了直径较大的圆筒口之后,这个部位浮力的减少将改变储油船的平衡浮态和船体的剪力、弯矩分布及大小。为此需要对原有计算程序进行修改。
储油船不论是在静水工况或是波浪工况都处于中垂状态。而其危险工况为波谷在船肿工况,此时最大总波浪剪力位于第15站,数值为82.3 MN;最大总波浪弯矩位于第10站,数值为3783.5 MN.m。最大的波浪剪力和弯矩为波浪剪力=总波浪剪力-静水剪力=66.3-(34.0)= 32.3(MN)。
关于船体承受的波浪弯矩,普通认为用标准计算方法求得的数值有一些偏差,对大型船舶来说即使采用波高等于0.607或0.373,L00代替L120,也仍然有某些缺陷。在实际海域上,船舶的波浪诱导载荷不论在数值的大小上还是出现的频度上都是随机的,所以采用现代的概率统计方法估算船舶的波浪弯矩更为合理。
从船体结构设计考虑,首先关心的一种失效形式是单一载荷超过结构强度临界值后立即发生失效。要对可能发生的这种失效概率进行估计,就需要知道载荷和结构承载能力的概率密度函数。但是在初步设计阶段,结构的承载能力是末知的。为了解决载荷的设计值问题,通常的做法就是估算结构在使用寿命中可能遭受的载荷极值。预报船舶的载荷极值可以用长期预报和短期预报两种方法,载荷极值最好是按最严重的海况中的短期预报方法进行。
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