The spread mooring system for FPSO is developed to explore deep sea area, in which swell is dominant. It is known that the tension response of mooring lines in this sea area shows bimodal spectrum. Assuming normal distribution of tension profile and Rayleigh distribution of tension amplitude, the power spectral density function (PSD) of the mooring tension under the bimodal stationary random process is applied for the calculation of spectrum fatigue. Three popular methods, which are simple summation method, combined spectrum method 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 (RCC) method which is believed to be close to exact solution. Vanmarcke' parameter and RMS(Root Mean Square) ratio are employed to assess relative damage variations between from RCC method and from three combination methods. Finally the most reliable fatigue damage combining method for spread mooring system is suggested.
A multi-leg spread mooring system for floating offshore structures is important, but the multi-leg static analysis is complicated due to the nonlinear behavior of each line and the effect of current which affects each line differently. The pretensioned position of the multi-leg mooring system obtained from the static equilibrium condition changes into a different position due to external loads and current. In this paper, the new position and the static tension at each line are caculated. The relation between the initial static equilibrium position and the new position due to the external loads is expressed in terms of the Taylor's series expansion. The Runge-Kutta $4^{th}$ method is employed in analyzing the 3-dimensional static cable nonlinear equations.
For a spread-moored FPSO (Floating Production, Storage, & Off-loading) subjected to environmental excitation from waves, current, and wind, a procedure to determine optimum length and stiffness of mooring lines is suggested using quasi-static frequency domain response analyses. Coupled relations between design parameters are closely examined. In consideration of this, optimized design parameters are proposed based on minimum weight condition. The initial design parameters for numerical analyses are calculated using the static catenary equation of mooring lines. It is demonstrated the line tension and vessel's offset are influenced by the mooring line length and stiffness. Accordingly it is suggested the optimum vessel's offset range should be determined considering line fatigue damage. The availability and limitation of the application of quasi-static analysis method for spread mooring system are explained by comparing the result of time domain analysis with one of frequency domain analysis.
This study demonstrates the result of mooring analysis for five spread-moored FPSOs having different length-to-breadth (L/B) ratios from 4.5–6.5. FPSOs are subjected to four metocean conditions, ones from the Gulf of Mexico (Hurricane/Loop current condition), West Africa, Nigeria, and Brazil Campos Basin, which are amongst the most typical offshore oil and gas fields. With change in design parameters of OBA (Outer bundle angle) and IBA (Inner bundle angle) combinations, a change in the line tension is demonstrated and the OBA-IBA combinations having the smallest line tension are presented for each L/B ratio and sea, respectively. This study is expected to influence the preliminary design layout of an FPSO spread-mooring system as a function of the L/B ratio and metocean conditions.
The mooring lines of a floating type offshore plant are known to show wide banded and bimodal responses. These phenomena come from a combination of low and high frequency random load components, which are derived from the drift-restoring motion characteristic and wind- sea, respectively. In this study, fatigue models were applied to predict the fatigue damage of mooring lines under those loads, and the result were compared. For this purpose, seven different fatigue damage prediction models were reviewed, including mathematical formula. A FPSO (floating, production, storage, and offloading) with a $4{\times}4$ spread catenary mooring system was selected as a numerical model, which was already installed at an offshore area of West Africa. Four load cases with different combinations of wave and wind spectra were considered, and the fatigue damage to each mooring line was estimated. The rain flow fatigue damage for the time process of the mooring tension response was compared with the results estimated by all the fatigue damage prediction models. The results showed that both Benasciutti-Tovo and JB models could most accurately predict wide banded bimodal fatigue damage to a mooring system.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제11권1호
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pp.178-201
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2019
The appropriate design of a mooring system to maintain the position of an offshore structure in deep sea under various environmental loads is important. Fatigue design of the mooring line considering OPB/IPB(out-of-plane bending/in-plane bending) became an essential factor after the incident of premature fatigue failure of the mooring chain due to OPB/IPB in the Girassol region in West Africa. In this study, mooring line fatigue analysis was performed considering the OPB/IPB of a spread moored FPSO in deep sea. The tension of the mooring line was derived by hydrodynamic analysis using the de-coupled analysis method. The floater motion time histories were calculated under the assumption that the mooring line behaves in quasi-static manner. Additional time domain analysis was carried out by prescribing the obtained motions on top of the selected critical mooring line, which was determined based on spectral fatigue analysis. In addition, nonlinear finite element analysis was performed considering the material nonlinearities, and both the interlink stiffness and stress concentration factors were derived. The fatigue damage to the chain surface was estimated by combining both the hydrodynamic and stress analysis results.
The time simulation of slow drift motions of moored FPSO in waves is presented. The equation of motion based on Cummin's theory of impulse responses are employed, and are consisted of horizonal plane -surge, sway and yaw. The added mass coefficients, wave damping coefficients, first order wave exciting forces and the second order wave drift forces involved in the equations are obtained from a three-dimensional panel method in the frequency domain. The mooring lines are modeled quasistatically as catenary for chains and touchdown. As for numerical example, time domain analyses are carried out for a box-type FPSO in long crest irregular wave condition.
This paper deals with static tension analysis method for Floating Tire Breakwater(FTB). FTB can be used for the limited wave height. It is especially focused on Goodyear type FTB easily applied to the breakwater for the fisheries cultivating region. The numerical examples for FTB design procedure was reviewed. It is also studied the static analysis method of offshore catenary spread mooring system. The general calculation procedure for the tension versus excursion curves for the multi-line system using the basic catenary relationship was studied. Calculation results showed good agreement with some existing mooring results. To extend this mooring force calculating method to the floating fisheries caitivating cages, the strength of synthetic fiber was considered. This analysis method can be used to the estimation of the mooring force for the floating structures such as floating breakwaters and floating artificial reefs.
해상에 계류된 부유체는 입사하는 파도에 의해 선형항인 파랑하중과 함께 2차항인 표류력을 받는다. 2차항의 표류력은 자유표면조건의 비선형성에 의해 서로 유사한 주파수를 갖는 2개의 선형 성분파간의 상호작용으로 발생하는 장주기 성분을 포함하고 있다. 대개의 계류계의 수평 인장력은 관성력항에 비해 아주 작은 양이고, 따라서 계류계의 설치로 나타나는 부유체의 수평운동 고유주기는 장주기이므로 때로는 공진이 일어나게 된다. 이렇게 야기된 대진폭운동은 작업조건을 악화시키는 것은 물론 계류계에 심각한 손상을 줄 수 있다. 부유체의 계류계로 최근 관심을 모으고 있는 Turret 계류계의 설계에도 이러한 장주기 표류력에 대한 고려와 함께 풍향성이 있는(weathervaning) 천이운동시 Roller Bearing에 걸리는 수평하중에 대한 해석이 필수적이다. 본 논문에서는 불규칙파중에 계류된 부유체에 작용하는 장주기 표류력을 2차 전달함수를 사용하여 계산한 뒤 장주기 표류력에 의한 전후동요를 시간기억 효과를 고려하여 시뮬레이션하였다. 계류계로는 분산된(spread) Turret형 계류계를 대상으로 하였으며 계류계의 수평인장계수를 매시간 단계마다 계산하는 방법으로 비선형성을 고려하였다.
The purpose of this paper is to present a rational method for analyzing, designing, or evaluating the spread mooring systems used with floating drilling units. This paper presents a validated model to calculate the catenary static configuration. A semi-resolution approach is presented in this paper that is capable of predicting the static performance of a caisson mooring system. The solution is derived as a function of only three parameters, which can be solved numerically by implementing different kinds of boundary conditions. The efficiency and accuracy of the method permit quick parametric studies for the optimal selection of the system particle, which is undoubtedly useful for a preliminary design. A number of numerical examples demonstrate the validity of the adopted approach. The paper contains a complete description of the test cases and reports the results in such a way that it can provide a "benchmark" test for users and programmers of computer codes for flexible riser analysis.
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