薄膜式LNG船液货舱热应力分析及其对结构强度的影响

论文摘要

薄膜型液化天然气运输船的主要特点是装载-163℃这一极低温度下的LNG货物,为保证在运输中的经济性和安全性,应准确进行热传导分析,得到船体的温度场分布,进而根据温度值设计选择结构材料级别和尺寸,主要工作如下：1、大型LNG船不同状态下温度场的预报比较复杂,本文主要针对航行状态下的稳态温度场求解,按照《IGC规则》和USCG技术标准所规定的大气、海水的环境温度和主或次屏壁工作情况下进行热传导分析,得出船体结构各处的温度场分布；2、确定低温钢的材料钢级。由于液化天然气运输船装载极低温度的液货,而货物围护系统的主、次屏壁系统尚不能完全屏蔽低温的影响,因此设计时,应使船体结构的材料等级符合低温韧性要求；3、对较大温差产生的船体构件的热应力进行分析评估,从而对大型LNG船在运输时的船体结构安全性进行评估；4、确定大型LNG船液货舱结构及货物维护系统承受的设计载荷。建立大型LNG船液货舱舱段结构有限元模型,将外部波浪载荷、温度载荷加到结构模型上组合出多种工况,通过对大型LNG船液货舱结构响应分析,进行屈服和屈曲强度评估。其目的是针对液货舱区域船体结构的主要构件尺寸进行强度验证。5、温度场预报是本文的工作起点,因而它的准确性与否至关重要。初步分析影响温度场准确预报的因素,并取得温度场对其误差灵敏度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文的目的和意义
• 1.2 温度场理论研究现状
• 1.2.1 解析方法
• 1.2.2 实验方法
• 1.2.3 数值模拟法
• 1.3 热应力问题研究现状
• 1.4 主要内容
• 第2章 温度场有限元法
• 2.1 传热原理
• 2.1.1 基本方程
• 2.1.2 边界条件
• 2.1.3 变分形式
• 2.1.4 离散方程
• 2.2 绝热概述
• 2.2.1 绝热材料的结构与热流
• 2.2.2 绝热材料的主要性能
• 2.3 液化天然气船的技术特征
• 2.4 薄膜型LNG船液货舱温度场实例分析
• 2.4.1 有限元模型
• 2.4.2 热传导过程
• 2.4.3 环境温度及绝热条件
• 2.4.4 热分析
• 2.4.5 温度场分布结果
• 2.5 本章小结
• 第3章 热应力问题的有限元解法
• 3.1 基本方程
• 3.1.1 几何方程
• 3.1.2 物理方程
• 3.2 单元特性
• 3.3 单元刚度方程
• 3.3.1 热应力产生的应变能
• 3.3.2 外载荷做功
• 3.4 载荷向量的计算
• 3.5 热应力与总应变、初应变的关系
• 3.6 热应力问题的解题步骤
• 3.7 薄膜型LNG船液货舱热应力实例分析
• 3.7.1 危险区域
• 3.7.2 各工况热应力云图
• 3.8 本章小结
• 第4章 结构直接计算强度评估
• 4.1 设计载荷计算
• 4.1.1 坐标系统
• 4.1.2 静载荷
• 4.1.3 波浪载荷
• 4.2 结构模型及边界条件
• 4.2.1 结构模型
• 4.2.2 边界条件
• 4.3 计算工况
• 4.4 应力云图
• 4.5 屈服强度评估
• 4.6 屈曲强度评估
• 4.7 复杂载荷的结构合成应力响应
• 4.8 本章小结
• 第5章 浅析影响温度场准确预报的因素
• 5.1 一维稳态导热
• 5.2 当量导热系数的确定
• 5.3 离散方程的误差
• 5.3.1 截断误差
• 5.3.2 离散误差
• 5.3.3 实例验算
• 5.4 导热系数的大小变化对温度场预报的影响
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录A
• 附录B
• 附录C