인하대학교  2011 년도 학위논문

부유식 해양플랜트 계류라인의 면외굽힘현상과 스펙트럴 피로 평가 기법 비교
A Study on Out-of Plane Bending Mechanism of Chains and Fatigue Damage Combination for Spread Mooring System

임유창

인하대학교 일반대학원 조선해양공학과

2011 공학석사 학위논문

   최근 심해에 설치되는 대형 FPSO의 현수삭 계류 라인에서 예상치 못한 피로 손상이 보고되고 있다. 본 논문에서는 FPSO와 연결된 체인 호스와 상부 체인 간의 각 변형 구속으로 인한 면외굽힘 거동을 검증하였다. 체인 간 각 변화와 체인의 마찰 계수, 검사 하중, 공칭 인장력, 체인 지름, 체인 등급의 설계 변수 변화에 따른 면외굽힘 거동 현상을 비선형 수치 해석을 통해 상호 연관 관계를 제시하였다. 또한 면외굽힘 현상을 고려한 계류 라인의 피로 손상도 평가법를 제안하였다. 계류라인의 스펙트럼 피로 손상도 평가 시, 레일레이 분포를 따르는 계류라인의 인장 응답을 바이모달 정상정규과정을 통한 PSD 함수를 이용하였다. 바이모달 스펙트럼 평가 방법은 단순합산법, 조합합산법, Jioa-Moan 방법을 선택하였다. 각 방법의 피로 손상도는 Rainflow counting 과 Palmgren-Miner 방법을 이용한 직접 계산법과 비교하였으며, Vanmarcke 계수와 RMS비를 통해 각 방법의 피로 손상도 변화를 제시하였다. 결론적으로 현수삭 계류라인의 스펙트럴 피로 평가를 위한 합리적인 조합 방법을 제시하였다.

   Recently, OPB(out-of-plane bending)-induced failure of mooring chain was addressed. This study deals with verifying the load transfer mechanism between the first free chain link and connected two chain links inside the chain hawse. OPB moment to angle variation relationships are proposed by extensive parameteric study where the used design variables are static friction coefficients, proof test loads, nominal tension forces, chain link diameters, chain link grades and chain link types are taken into account. The stress ranges due to OPB moments are obatined. A formula for OPB fatigue assessment is briefly introduced. For the calculation of spectrum fatigue, assuming and Rayleigh distribution of tension amplitude, the power spectral density function of the mooring tension under the bimodal stationary random process is applied. Three popular methods, which are simple summation, combined spectrum and Jioa-Moan method, are used to combine fatigue damages from bimodal spectrum characteristics. Each damage value is compared with damage using Rainflow cycle counting method which is believed to be close to exact solution. Vanmarcke\'s parameter and Root mean square ratio are employed to assess relative damage variations between RCC method and three combination methods. Finally the most reliable fatigue damage combining method for spread mooring system is suggested.