[논문]FPSO 선의 PAU SEAT 강도 해석

하태민; 김성수; 송명근

[국내논문] FPSO 선의 PAU SEAT 강도 해석
Strength Analysis for PAU Seat of FPSO 원문보기

하태민 (삼성중공업 기본설계팀) , 김성수 (삼성중공업 기본설계팀) , 송명근 (삼성중공업 기본설계팀)

This paper presents the results of the reliability analysis of PAU (Preliminary Assembly Unit) seat of the floating Production Storage and Off1-loading Unit (FPSO) The main aim of the analysis was to demonstrate that a sufficient safety of structural members is guaranteed against PAU loads, internal and external pressure, and hull girder moments. Topside loads for PAU design are based on owner's request. According to the seat type, topside loads are classified into maximum values of same seat type for design efficiency. Totally, 26 loading cases for each model are used for this analysis with the combination of the reactions of PAU loafing and the hull girder bending moments according to LR offshore (2). The analysis results are evaluated according to the acceptance criteria for yielding given in LR offshore and guidance note (3) and The panel buckling resistance is verified by LR offshore and SDA (4). For 900,000 bbls FPSO, the PAU support foundation analysis using 3-D F.E. model is carried out to verify the structural adequacy of PAU foundation and structure members in way of PAU. The modified structures in way of PAU support are safe against considered load cases and all stresses in way of PAU support are within design criteria.

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문제 정의

본 연구에서는 900, 000bbls FPSO 의 PAU seat 구조와 하부 선체 구조를 LR Offshore rule 에 따라 강도해석을 하여 구조 안전성을 확보하고자 한다.
본 논문에서는 900, 000 bbls FPSO 의 PAU seat 와 선체 하부 보강을 구조 해석을 통하여 설계한 절차를 보여주고 있다. PAU seat는 초기 위치 선정에 따라 그 하중이 크게 변화하고 PAU seat 와 상부 모듈과의 연결 방식에 따라 하중 적용 방법도 바뀐다.

제안 방법

2와 같이 종방향 BHD 와 Web 혹은 Trans. BHD 상에 설치하여 하부 보강을 최소화 하였고 Seat 형상을 십자형(Cnjciform)으로 단순화 하였다.
종, 횡방향 주판 구조물와 PAU seat 구조물 그리고 하부보강 관련 부재는 Shell 이ement, 종방향 보강재는 굽힘 강성을 가진 Beam element 그리고 내부재 보강재는 축방향 하중만 고려하여 Bar 이ement 를 사용하여 모델링하였다. PAU seat 와 하부 보강 구조물의 Minimum mesh size는 180-200mm 로 적#하였고 그 외 지역은 Stiffener spacing 간격으로 모델링 되었다.
이와 같이 다른 타입에 다른 크기의 하중을 가진 PAU seat 의 Scantling 을 위하여 선박 전반에 걸쳐 타입별 모델을 대표로 선정하여 총 5개의 해석 모델을 Table 1와 같이 만들었다. 각각의 모델은 한 개에서 세 개의 PAU seat type 을 포함하고 있으며 선체 하부 보강 구조물이 급격한 변화를 가질 경우도 구분하여 적용하였다.
본 해석에서는 PAU seat 에 적용되는 국부하중 과 선체 Global 하중으로 구별되어 적용되고 이에 따라 각각의 하중조건이 다로게 적용된다. Fig.
선주로부터 제공받은 각 condition 에서의 PAU loads 를 Seat type 별로 정리하여 그 중 가장 큰 하중만으로 해석을 실행한다.
총 26개의 load cases 를 Table 7와 같이 표현했다. 각 하중들은 Static, Serviceability/operation 그리고 Survival condition 으로 구별되어 각기 다른 PAU loads 와 Hull girder moments 를 적용하고 Cargo loading condition 에 따라' Hogging 과 Sagging condition 을 구분하여 적용되었다. PAUloads는 각 방향으로 나누어 적용된다.
다른 Load condition #- Survive condition 에서 응력 이 전반적으로 크게 나타났고 최대 응력은 Hull girder moment 에 의한 응력과 PAU loads 에 의한 응력이 조합되어 Seat 끝단부에서 나타나고 있다. 이러한 응력을 줄이기 위해 종방향 끝단부를 충분히 길게하여 각각의 응력 조합을 최대한 피하도록 설계되었다.
유한 요소 해석을 통하여 구조물의 설계치를 결정하고 안전성을 판단하였다. 본 해석은 앞으로 이와 같은 타입의 FPSO PAU seat 와 선체 하부 보강에 대한 구조 설계 시 참고하여.

대상 데이터

이와 같이 다른 타입에 다른 크기의 하중을 가진 PAU seat 의 Scantling 을 위하여 선박 전반에 걸쳐 타입별 모델을 대표로 선정하여 총 5개의 해석 모델을 Table 1와 같이 만들었다. 각각의 모델은 한 개에서 세 개의 PAU seat type 을 포함하고 있으며 선체 하부 보강 구조물이 급격한 변화를 가질 경우도 구분하여 적용하였다.

데이터처리

PAU seat 와 선체 강도 평가를 위해 유한요소 해석을 실시하였고, S#ver 로 MSC/NASTRAN 2004와 Pre, Post processor 로 MSC/PATRAN 를 사용하였다.

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