2.2.6 OTC8262 3次元掘削用ライザ解析の軸及び横方向モーダル重合せ法の評価

Evaluation of Axial and Lateral Modal Superposition for General 3D Drilling Riser Analysis

O.Burgdort,Jr.,Marine Division,Westinghouse Electric Corporation

概要

3次元で部分的に非線形でかつ過渡的には全方向に対して速成させたライザー解析法を評価した。その解析法は横方向及び軸方向のモードを独立して分離し、モーダルの重合せをおこなったものである。梁要素の時間積分における軸方向の柔軟性を減少させることにより時間刻みを短縮するため、多くの横方向モードに対し相対的に少ない軸方向モードと組み合わせた。コンピュータの計算時間を少なく出来ることから、通常検討する掘削時環境における解析とともにハングオフ状態などの系統的な解析をより早く実施することが出来るようになった。軸方向及び横方向の速成は陽に行い、起振が軸方向の共振周波数に近いまたは一致した場合に、共振の正確さは失われないものとしている。APIのテストケースにおける動的応答との一致の妥当性を紹介する。この方法の適用は中立な変位形状に対する動的応答モーダルに起因する線形な仮定により限定される。ハングオフ状態における軸方向のダンピングと剛性に対する初期の座屈感度については6000ft複合材料を用いた掘削用ライザーシステムの例を取って述べる。

序論

より深度の深い環境下における最新の複合材料掘削用ライザーは軸方向及び横方向の動的連成運動がより多く含まれことから、設計要件の開発をサポートするため数値シミュレーションを潜在的に必要としている。ハングオフ状態をシミュレーションするため、達成運動は最も重要である。最新の複合材料はより深い深度おける掘削用ライザーシステムにおいて重要となる、重量に対する強度が高いことから慎重に取り扱われいる。しかしながら、複合材料のライザージョイントは鋼製のジョイントに比べて予測が潜在的に難しい軸方向動的応答を元に設計しなければならない。複合材料の掘削用ライザージョイントの軸方向剛性がかなり低い場合は同様の鋼製のライザーシステムより波浪による起振周期に近い共振周期となる。図−1にはハングオフ状態にて掘削船に対し軸方向を剛に固定された6000ftの複合材料掘削用ライザーシステムに例を取り、横方向及び軸方向の自然周期について記述してい乱横方向（端部を拘束）の6〜19モードは波浪スペクトルの支配的な範囲に存在する。しかしながら、軸方向（頂部を拘束）周期は波浪起振スペクトル範囲より低く、起振されたとしても軸方向は支配的でないことが予想される。図−2は掘削船の自然周期が波浪起振周期範囲へと大きくなることで、掘削船との境界にて助長される効果を表した。同様の傾向は複合材料の種類、積層方法、緊急ハングオフ、より重いジョイントを使用する場合、掘削深度の増大などを含む複合した理由によっても起こり得る。ここでは、我々は大きなハングオフ荷重により引き起こされる基本的な軸方向振動周期が波浪起振範囲に入る状況下における動的な干渉問題を事前に検討することとしたい。この相互影響、達成が大きいと思われない場合には横方向及び軸方向を独立して計算した応答を重ね合わせることは適当であり、効果的と考えられる。しかしながら、軸方向と横方向の相互干渉が無視できない場合にはたとえ達成効果が大きくないと考えられたとしても完全に達成させた解析方法が適当と思われる。

梁要素を使用して直接積分を行い、かつ完全に達成させた時系列動的構造解析は軸方向剛性により、積分時間刻みが決まってくる。シミュレーション時間はこれ以上は重要でない考えられる軸方向振動周波数における安定一性への考慮により支配される。十分な数値粘性を与えれば安定性を確保することが出来るが、共振点付近の基本軸方向モードにおいて過大な軸方向へのダンピングを与えることとなる

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