VLGC舱段结构强度有限元分析方法
发布时间：2021-09-23 16:54
针对超大型全冷式液化气船（VLGC）因结构布置复杂带来的结构强度评估问题,以某84 000 m3 VLGC为例,讨论VLGC舱段有限元模型建模要求,基于不同概率水平下的规范设计载荷,提出采用有限元直接计算"两步法",在不同评估阶段分别分析VLGC主船体、独立液货舱的结构强度,根据舱段模型计算结果给出VLGC结构设计时需重点关注的关键区域及其支承结构支撑反力的分布特点。
【文章来源】：船海工程. 2020,49(01)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图2 支承结构有限元模型
装载模式的选择应能覆盖VLGC在海上航行、港口装卸等可能出现的各种运载状态。参照CSR[8]关于油船、散货船舱段直接计算共同设计装载工况的要求和考虑VLGC实际装载手册,总结归纳了均匀满载、正常压载和隔舱装载等装载模式。此外《IGC规则》要求校核港口工况下独立液货舱隔舱装载、破舱进水状态。综合上述分析,船舯0.4L范围内VLGC舱段直接计算典型装载模式见图3。2.1.1 第一阶段载荷工况
A型独立液货舱与主船体之间通过底部垂向支座提供支撑,二者接触面会存在摩擦作用,能在一定程度上限制独立液货舱水平方向的运动。从结构设计安全性角度出发,在计算支承结构系统总体受力分布时可不计入该摩擦影响,而仅在校核垂向支座局部结构强度时考虑该摩擦作用;同时分别设置止横摇、止纵摇支座限制独立液货舱相对主船体的横向、纵向运动。液货舱顶部设有止浮支座防止主船体破损进水导致液货舱上浮与主船体碰撞而发生损伤。典型的垂向支承结构形式见图1,上、下部支承结构之间设置层压木和环氧树脂连接以形成弹性支撑,进而使支承结构的受力分布更加均匀。由于支承结构层压木在受拉时会使独立液货舱和主船体分离,而在压紧的时候才会接触,因此层压木只能传递压力,不能传递拉力。在有限元模型中采用一维弹簧单元或者一维非线性单元GAP模拟。对于一维弹簧单元定义为双向受力,分析时需根据上次计算得到的弹簧单元反力结果将全部受拉弹簧单元删除后再次对模型迭代计算,弹簧单元反力在受拉弹簧单元删除后重新分布,直至剩余的弹簧单元只承受压力。而在迭代计算过程中被删除的弹簧单元可能出现重新受压的情况,可能对最终的弹簧单元反力分布产生一定的误差。与弹簧单元相比,非线性GAP单元可同时定义拉伸刚度、压缩刚度、剪切刚度等属性。在结构强度分析时可以只考虑定义GAP单元的压缩刚度,而使拉伸刚度、剪切刚度为零,令层压木只有在受压时GAP单元才能传递有效载荷[3],而层压木受拉时GAP单元传递的载荷为零,从而与实际情况更为接近。因此,本文采用一维非线性GAP单元模拟支承结构连接,见图2。
【参考文献】：
期刊论文
[1]VLGC支承基座设计分析[J]. 郭延松,管悦然. 船海工程. 2019(02)
[2]棱形独立舱液化气船支承结构的局部强度研究[J]. 郑文青,张玉奎,曾佳. 船舶工程. 2018(11)
[3]大型全冷式液化气船（VLGC）总体设计研究[J]. 郑双燕,范鹏,柳卫东. 船舶工程. 2014(05)
[4]计及热辐射及翼翅效应的VLGC温度场计算[J]. 李小灵,谷运飞. 船舶与海洋工程. 2013(02)
本文编号：3406075
【文章来源】：船海工程. 2020,49(01)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图2 支承结构有限元模型
装载模式的选择应能覆盖VLGC在海上航行、港口装卸等可能出现的各种运载状态。参照CSR[8]关于油船、散货船舱段直接计算共同设计装载工况的要求和考虑VLGC实际装载手册,总结归纳了均匀满载、正常压载和隔舱装载等装载模式。此外《IGC规则》要求校核港口工况下独立液货舱隔舱装载、破舱进水状态。综合上述分析,船舯0.4L范围内VLGC舱段直接计算典型装载模式见图3。2.1.1 第一阶段载荷工况
A型独立液货舱与主船体之间通过底部垂向支座提供支撑,二者接触面会存在摩擦作用,能在一定程度上限制独立液货舱水平方向的运动。从结构设计安全性角度出发,在计算支承结构系统总体受力分布时可不计入该摩擦影响,而仅在校核垂向支座局部结构强度时考虑该摩擦作用;同时分别设置止横摇、止纵摇支座限制独立液货舱相对主船体的横向、纵向运动。液货舱顶部设有止浮支座防止主船体破损进水导致液货舱上浮与主船体碰撞而发生损伤。典型的垂向支承结构形式见图1,上、下部支承结构之间设置层压木和环氧树脂连接以形成弹性支撑,进而使支承结构的受力分布更加均匀。由于支承结构层压木在受拉时会使独立液货舱和主船体分离,而在压紧的时候才会接触,因此层压木只能传递压力,不能传递拉力。在有限元模型中采用一维弹簧单元或者一维非线性单元GAP模拟。对于一维弹簧单元定义为双向受力,分析时需根据上次计算得到的弹簧单元反力结果将全部受拉弹簧单元删除后再次对模型迭代计算,弹簧单元反力在受拉弹簧单元删除后重新分布,直至剩余的弹簧单元只承受压力。而在迭代计算过程中被删除的弹簧单元可能出现重新受压的情况,可能对最终的弹簧单元反力分布产生一定的误差。与弹簧单元相比,非线性GAP单元可同时定义拉伸刚度、压缩刚度、剪切刚度等属性。在结构强度分析时可以只考虑定义GAP单元的压缩刚度,而使拉伸刚度、剪切刚度为零,令层压木只有在受压时GAP单元才能传递有效载荷[3],而层压木受拉时GAP单元传递的载荷为零,从而与实际情况更为接近。因此,本文采用一维非线性GAP单元模拟支承结构连接,见图2。
【参考文献】：
期刊论文
[1]VLGC支承基座设计分析[J]. 郭延松,管悦然. 船海工程. 2019(02)
[2]棱形独立舱液化气船支承结构的局部强度研究[J]. 郑文青,张玉奎,曾佳. 船舶工程. 2018(11)
[3]大型全冷式液化气船（VLGC）总体设计研究[J]. 郑双燕,范鹏,柳卫东. 船舶工程. 2014(05)
[4]计及热辐射及翼翅效应的VLGC温度场计算[J]. 李小灵,谷运飞. 船舶与海洋工程. 2013(02)
本文编号：3406075
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