Effect of Bandwidth of Random Stresses on Fatigue Life Estimations of Offshore Structures

해양구조물의 피로해석시 랜덤응력의 Bandwidth의 영향

Fatigue life is an important consideration for the design of offshore structures in deep sea and in hostile environments. In this paper, the effect of the bandwidth of random stresses on the fatigue life estimation of fixed offshore structures is investigated. The dynamic analysis is carried out in the frequency domain by using the equivalent linearization technique. Fatigue damages are calculated by two stress cycle counting methods; i.e., the narrow band method and the wide band method using rainflow counting technique. Example studies are carried out for two different structures. Numerical results indicate that the wide band approach, which is more complex but theoretically more appropriate pridicts smaller values of fatigue damages compared with those by the narrow band approach for all seastate conditions. Such trend becomes more apparent for the cases of severe seastates where the bandwidth of random stresses becomes large.

심해나 해상조건이 나쁜 지점에서 운영될 해양구조물의 설계시에는 파랑하중에 대한 구조물의 피로수명예측이 매우 중요하다. 본 논문에서는 랜덤파랑하중에 의해 해양구조물에 발생되는 응력의 bandwidth가 구조물의 피로수명예측 결과에 주는 영향에 대하여 연구하였다. 구조물의 동적거동해석은 비선형 점성저항력의 선형화를 통한 주파수영역해법을 사용하여 수행되었으며, 랜덤응력스펙트럼을 구하고 이를 바탕으로 피로해석을 수행하였다. 피로손상의 예측을 위한 랜덤응력 cycle의 산정은 narrow band cycle 산정법과 함께 wide band process 에 대하여 더 적정한 rainflow cycle 산정법을 사용하였다. 수심이 다른 지점에 위치한 2개의 구조물을 택하여 예제해석을 수행하였으며, 두 응력 cycle 산정법에 의해 얻은 피로해석 결과들을 비교하고 응력의 bandwidth의 영향을 분석하였다.