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近年來(lái)，在早期采油生產(chǎn)系統(tǒng)和開(kāi)發(fā)邊際小規(guī)模油田的生產(chǎn)系統(tǒng)中，浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油船被廣泛采用。目前，這種生產(chǎn)儲(chǔ)油船有的是由舊油輪改造的，有的是新設(shè)計(jì)建造的。它們的特點(diǎn)之一是具有容積很大的儲(chǔ)油艙和壓載艙，從構(gòu)造形式上可以看成是油輪類型。這種船在整個(gè)油艙區(qū)域設(shè)置幾道縱艙壁和相當(dāng)數(shù)量的橫艙壁。為考慮對(duì)碰撞的安全性及防止儲(chǔ)油外流造成污染，新設(shè)計(jì)的儲(chǔ)油船還設(shè)置雙底結(jié)構(gòu)和雙層殼體結(jié)構(gòu)。
儲(chǔ)油船與一般運(yùn)輸油輪就其環(huán)境條件而言是不同的。因?yàn)閮?chǔ)油船通常是系泊在特定的海域中進(jìn)行長(zhǎng)期作業(yè)生產(chǎn)的，它不能像運(yùn)輸船舶那樣在遇到惡劣海況時(shí)可完全避航，所以環(huán)境條件對(duì)儲(chǔ)油船的安全性和作業(yè)效率有著很大的影響。它也和近海工程結(jié)構(gòu)物一樣，在設(shè)計(jì)中需要考慮兩種環(huán)境條件，即作業(yè)工況和生存工況。生存工況是與船舶安全性有關(guān)的外力條件最惡劣的工況，通常取50年或100年一遇的環(huán)境條件下的工況。對(duì)于儲(chǔ)油船的船體強(qiáng)度必須考慮到能承受在這種生存條件下的波浪載荷的作用。
轉(zhuǎn)塔式系泊的生產(chǎn)儲(chǔ)油船，在腫前部位的船體上開(kāi)出一個(gè)直徑相當(dāng)大的轉(zhuǎn)塔孔，這使得船體在該處的橫剖面面積有所損失，同時(shí)也使得一些縱向構(gòu)件的連續(xù)性受到了破壞。此外，轉(zhuǎn)塔的支承和定位系統(tǒng)傳送的環(huán)境載荷對(duì)船體的作用也使轉(zhuǎn)塔開(kāi)孔周圍的船體結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布復(fù)雜化。因此，研究轉(zhuǎn)塔錨泊系統(tǒng)的儲(chǔ)油船的強(qiáng)度問(wèn)題很有必要。本文主要對(duì)儲(chǔ)油船的總體強(qiáng)度進(jìn)行有限元分析。
按一般考慮，儲(chǔ)油船的總強(qiáng)度由船體縱向構(gòu)件來(lái)承擔(dān)。目前各國(guó)船級(jí)社的建造規(guī)范對(duì)儲(chǔ)油船還沒(méi)有明確成文的規(guī)定，不過(guò)仍可按建造規(guī)范對(duì)油輪的規(guī)定作為基本要求。規(guī)范對(duì)船體總縱強(qiáng)度的要求是滿足最低的剖面模數(shù)，這個(gè)數(shù)值直接由船體承受的總縱彎矩大小來(lái)決定，總縱彎矩包括兩個(gè)部分，即靜力彎矩和波浪彎矩。
為了研究轉(zhuǎn)塔式儲(chǔ)油船在腫前部位開(kāi)孔后的總縱彎矩分布和數(shù)值大小，先以常規(guī)的標(biāo)準(zhǔn)縱強(qiáng)度計(jì)算方法進(jìn)行討論。
轉(zhuǎn)塔式儲(chǔ)油船在腫前有了直徑較大的圓筒口之后，這個(gè)部位浮力的減少將改變儲(chǔ)油船的平衡浮態(tài)和船體的剪力、彎矩分布及大小。為此需要對(duì)原有計(jì)算程序進(jìn)行修改。
儲(chǔ)油船不論是在靜水工況或是波浪工況都處于中垂?fàn)顟B(tài)。而其危險(xiǎn)工況為波谷在船腫工況，此時(shí)最大總波浪剪力位于第15站，數(shù)值為82.3 MN；最大總波浪彎矩位于第10站，數(shù)值為3783.5 MN.m。最大的波浪剪力和彎矩為波浪剪力=總波浪剪力-靜水剪力=66.3-(34.0)= 32.3(MN)。
關(guān)于船體承受的波浪彎矩，普通認(rèn)為用標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算方法求得的數(shù)值有一些偏差，對(duì)大型船舶來(lái)說(shuō)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。在實(shí)際海域上，船舶的波浪誘導(dǎo)載荷不論在數(shù)值的大小上還是出現(xiàn)的頻度上都是隨機(jī)的，所以采用現(xiàn)代的概率統(tǒng)計(jì)方法估算船舶的波浪彎矩更為合理。
從船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮，首先關(guān)心的一種失效形式是單一載荷超過(guò)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度臨界值后立即發(fā)生失效。要對(duì)可能發(fā)生的這種失效概率進(jìn)行估計(jì)，就需要知道載荷和結(jié)構(gòu)承載能力的概率密度函數(shù)。但是在初步設(shè)計(jì)階段，結(jié)構(gòu)的承載能力是末知的。為了解決載荷的設(shè)計(jì)值問(wèn)題，通常的做法就是估算結(jié)構(gòu)在使用壽命中可能遭受的載荷極值。預(yù)報(bào)船舶的載荷極值可以用長(zhǎng)期預(yù)報(bào)和短期預(yù)報(bào)兩種方法，載荷極值最好是按最嚴(yán)重的海況中的短期預(yù)報(bào)方法進(jìn)行。
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