LNG船液货舱温度及应力场有限元分析研究

发布时间：2017-07-03 03:09

  本文关键词：LNG船液货舱温度及应力场有限元分析研究

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【摘要】： 天然气是一种非常重要的资源,它燃烧清洁,污染小,通常生产与输送成本低廉。其储量十分巨大,在将来将成为世界上主要能源。 LNG贸易量的不断增长使得LNG的运输成了目前急需解决的问题,LNG船舶运输是天然气跨地区远洋运输最有效的方法,因此,LNG船的建造数量和运输频率在不断增加。为保证LNG在运输过程中的经济性和安全性,这就要求液货舱需长时间的维持在-163℃。LNG船能够经受住长时间低温源作用下引起的温度应力保证船体结构不发生屈服或开裂破损等问题。因此对LNG船进行专门的温度场及温度应力分析,确保其符合强度要求,对保证其在运输过程中的安全具有重要意义和价值。 本文首先介绍了LNG船温度及应力分析的研究背景和意义,回顾了国内外在此问题上的研究现状。简要介绍了天然气的性质和特点,对LNG船的船型和液货舱系统和绝热系统进行了综述,包括建造方法和建造材料,对不同船型进行了分析比较。从热传导的基础知识出发,对温度场及温度应力问题的基本概念和有限元计算原理进行了较为详细的介绍和总结。然后利用有限元方法计算了满载液货时的LNG船液货舱温度场及温度应力分布。计算过程是以一艘147000m~3薄膜型LNG船为模型,利用大型通用有限元分析软件ANSYS对其1/4个液舱段进行建模,施加边界条件和载荷,计算了液舱绝热层殷钢膜主屏壁绝热膜完好和殷钢膜主屏壁绝热膜破损2种工况下,液舱温度及温度应力分布情况。研究了液货舱因内外温差巨大而产生的局部不均匀温度场,以及由不均匀温度场引起的液舱结构温度应力分布及变化,探讨其对船体强度的影响。得出以下结论:(1)殷钢膜主屏壁绝热膜破损时,液舱温度分布不能满足LNG日蒸发率小于0.15%的要求;(2)液舱温度梯度与温度应力成正比;(3)甲板,底板等构件受温度载荷的影响较大,应该适当将板加厚; 本文的研究工作对薄膜型LNG船的设计和满载情况分析具有一定的参考价值。
【关键词】：LNG船 有限元分析 温度场 温度应力 ANSYS软件
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：U661
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 课题的研究意义及价值10-12
• 1.3 国内外研究现状12-14
• 1.4 本论文的主要工作和采用的方法14-15
• 第2章 LNG及LNG船综述15-18
• 2.1 LNG的定义及其特性15
• 2.2 天然气液化的主要方法15-16
• 2.3 LNG船的应用发展及其技术特征16-17
• 2.4 本章小结17-18
• 第3章 LNG船液货舱系统分析18-27
• 3.1 现有液货舱系统的分析18-22
• 3.1.1 独立球型(MOSS型)18-20
• 3.1.2 薄膜型(GTT型)20-22
• 3.2 两种主要液货舱舱型的对比22-24
• 3.3 液货舱绝热与传热分析24-26
• 3.3.1 绝热材料24-25
• 3.3.2 传热分析25-26
• 3.4 本章小结26-27
• 第4章 温度场计算原理及液货舱温度分布计算27-50
• 4.1 温度场和温度应力问题论述27-28
• 4.2 温度场的基本原理介绍28-38
• 4.2.1 热传导微分方程30-32
• 4.2.2 热传导理论中的定律与公式32
• 4.2.3 热力学的初始条件和边界条件32-34
• 4.2.4 热传导问题的解法34
• 4.2.5 有限元计算温度场34-36
• 4.2.6 稳态温度场的有限元计算方法36-38
• 4.3 薄膜型LNG船液货舱温度分布有限元分析38-49
• 4.3.1 薄膜型液货舱的传热分析39-40
• 4.3.2 有限元模型的建立40-43
• 4.3.3 计算工况43-45
• 4.3.4 温度场分析结果45-49
• 4.4 本章小结49-50
• 第5章 液货舱温度应力的有限元计算分析50-67
• 5.1 温度应力的有限元计算过程50-53
• 5.2 薄板温度应力问题求解53-57
• 5.2.1 薄板温度弯曲问题的内力和挠曲微分方程53-56
• 5.2.2 薄板温度弯曲问题的有限单元法56-57
• 5.3 薄壳温度应力问题求解57-58
• 5.4 薄膜型LNG船液舱温度应力有限元计算分析58-65
• 5.4.1 结果分析59-61
• 5.4.2 局部应力及位移分析61-65
• 5.5 本章小结65-67
• 第6章 总结与展望67-69
• 6.1 总结67
• 6.2 展望67-69
• 参考文献69-72
• 致谢72-73
• 攻读硕士学位期间发表的论文73

【引证文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前7条

1 杨青松;中小型LNG船C型独立液货舱支座设计研究[D];大连理工大学;2010年

2 任程;薄膜式LNG船液货舱热应力分析及其对结构强度的影响[D];哈尔滨工程大学;2011年

3 方俊;基于热力分析的Langmuir探针及其连接件的结构设计和优化[D];南京理工大学;2010年

4 曹光贵;液化天然气船C型独立液货舱防流体冲击结构研究[D];华南理工大学;2010年

5 谈震;液化天然气船液货舱防流体冲击结构优化研究[D];华南理工大学;2012年

6 杨振州;LNG船液货装卸模拟器卸货过程仿真[D];大连海事大学;2013年

7 李敏;中小型LNG船C型独立液货舱温度场及应力场分析[D];华南理工大学;2013年

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本文编号：512166