船用LNG燃料罐的疲劳特性研究

发布时间：2020-05-13 22:58

【摘要】：随着LNG船舶市场的蓬勃发展,其附加产品的研发越来越受到重视,其中LNG罐体作为LNG燃料的存储容器,在整个系统中占据着重要的地位。罐体的方案设计、强度校核等一般需要严格的把关,尤其疲劳强度校核和寿命估算方面需要特别的关注,因为据统计大部分船舶事故的发生原因,都是由于材料的疲劳破坏产生的,所以在结构疲劳问题上做好工作是对生命的保证。本文围绕着疲劳破坏这一主题,做了以下的工作:(1)首先作者通过查阅相关文献,整理总结了前人的工作情况,对整个的研究背景有了一定的了解;随后本文介绍了疲劳强度的影响因素,包括应力集中的影响、尺寸的影响、表面状态的影响以及载荷状况的影响等;其次介绍了国内外关于疲劳问题的规范制定情况,对整个行业内的情况有了一定的把握;然后说明了疲劳寿命的估算方法,一般包括S-N曲线法和断裂力学法两种,并分别作了详细的介绍;最后简述了疲劳损伤理论的类型,包括线性理论、修正线性理论以及其他理论,还有相关的影响因素等,为下文的研究做好了学术基础。(2)通过对100m~3低温LNG燃料罐和30 m~3低温液罐贮槽的计算分析,探究了LNG罐在船上不同布置方向下对结构疲劳损伤的影响。依据最新修订的17版《天然气燃料动力船舶规范》,通过加速度椭圆法对有限元模型进行加载计算,并选取适当工况,计算结构的疲劳损伤值,最终得出LNG燃料罐在船上布置的方向不同确实会给其结构疲劳强度带来影响,并且罐体在纵向布置时较为安全的结论。建议工程中考虑船舶加速度情况,并在条件允许的情况下,尽量将罐体纵向布置。(3)由于船舶在实际海况下航行情况要复杂的多,所以应用规范中的简化方法可能会造成结果的不准确性,而基于谱分析法来进行疲劳寿命评估,其分析过程考虑到实际波浪谱,会更符合实际情况,并且行业中基于谱分析法对LNG罐体的疲劳寿命评估的工作较少,所以本文基于此方法分析了100m~3低温LNG燃料罐的疲劳寿命。最终得出基于谱分析法计算的结果要小于基于规范法计算的结果的结论,说明规范的要求偏于安全,并且短期海况和波浪谱的选择也会对最终结果产生影响。(4)考虑到LNG船舶在运营过程中始终处于一个极低温的环境条件下,所以研究低温环境对结构的疲劳寿命的影响是很有必要的。通过相关的低温修正S-N曲线,进行了常温下和低温下结构疲劳损伤值的对比分析,最终得出低温会提高材料的疲劳强度,进而提高结构的疲劳寿命的结论,并且其影响程度较大,应在实际工程中考虑该影响。
【图文】：

线类型的曲线，而为了明显表示到达疲劳极限所需要的最少循环次数，，还可把其画在半对数坐标或双对数坐标系中，如图 2.2 所示。图2.2 对数坐标系下的 S-N 曲线Fig.2.2 S-N Curve in the logarithmic coordinate system工程中一般常用的曲线为焊接节点处的 E 曲线和非焊接节点的 C 曲线。在 E 曲线的曲线拐点处 46.8147qS = ，7N = 10，其中qS 是指曲线二线段交点处的应力值。由此，E 曲线的表达式可以写成：EFW104105106107108101102103S(N·m/ 2)NBCDGF2

S-N曲线
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U664.81

【参考文献】

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本文编号：2662677