液化天然气船液货舱防流体冲击结构优化研究

【摘要】：随着天然气需求量的日益增大，我国LNG运输业面临着新的机遇和挑战，而LNG运输的重要工具——LNG运输船将起到关键作用。液化天然气船是LNG远距离输送的主要装备，其以液货舱内温度低，所受载荷多，对材料性能、结构设计、保温结构、可靠性的设计要求严苛而闻名造船界。船舶运行过程中的动载荷和晃荡载荷对液货舱（尤其是C型独立液货舱）的撞击将影响LNG船液货舱的安全运行，设置防止流体冲击结构是解决这一问题的有效方法。因此，关于防止流体冲击结构的优化研究，对C型独立液货舱的结构优化设计及工程应用具有现实意义。 首先，在充分考虑平面加速度椭圆和三维加速度椭球的情况下，分别探讨了晃荡载荷的二维处理方法和三维处理方法。并进行了相关的工程计算。C型独立液货舱属于卧式压力容器，根据回转薄壳的无力矩理论和有力矩理论，针对带防流体冲击结构的液货舱的结构特征进行了应力理论计算及分析。并结合工程实际设计参数做了相应的应力计算。 根据结构参数，利用ANSYS软件对LNG船C型独立液货舱防流体冲击结构进行了有限元数值模拟，得到了液货舱防流体冲击结构的应力应变分布图，并根据理论计算结果对模拟结果进行应力评定。在充分分析模拟结果的基础上，结合原防流体冲击结构的结构特点，确定了优化项和优化目标，即减轻结构重量和优化结构应力分布，以达到降低制造成本，提高结构的安全可靠性的目的。 在满足相关标准的前提下，基于原半球形防流体冲击部件和防波板形防流体冲击部件，对防流体冲击结构进行了两大类共八种结构形式的优化设计及模拟分析。通过对模拟结果的比对分析，确定了最优结构。得到了较为合理的C型独立液货舱防流体冲击结构。本文的研究方法和结果为液化天然气船液货舱载荷的计算提供了技术支持，为C型独立液货舱防流体冲击结构的设计和优化提供了相关参考。 【关键词】：LNG运输船 晃荡载荷 防流体冲击结构 优化
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：U674.133.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-24
• 1.1 研究背景10-12
• 1.2 液化天然气船发展现况及结构特点12-20
• 1.2.1 液化天然气船国内外发展现况12-15
• 1.2.2 液化天然气船结构特点15-16
• 1.2.3 液化天然气船液货舱16-20
• 1.3 液货舱防流体冲击结构研究现状及发展趋势20-22
• 1.3.1 晃荡载荷的研究现状20-21
• 1.3.2 液货舱防流体冲击结构研究现状及发展趋势21-22
• 1.4 本文主要研究内容22-24
• 第二章 C型独立液货舱防流体冲击结构理论分析24-45
• 2.1 液货舱防流体冲击结构载荷分析24-35
• 2.1.1 液化天然气船液货舱防流体冲击结构载荷类型24
• 2.1.2 液货舱防流体冲击结构载荷特点24-26
• 2.1.3 C 型独立液货舱晃荡载荷分析26-35
• 2.1.3.1 液货舱内部压力与加速度分量26-28
• 2.1.3.2 二维加速度椭圆法对液货舱内部晃荡载荷分析28-32
• 2.1.3.3 三维加速度椭球法对液货舱内部晃荡载荷分析32
• 2.1.3.4 两种处理方法实际计算运用比较32-35
• 2.2 C 型独立液货舱防流体冲击结构应力分析35-42
• 2.2.1 C 型独立液货舱应力理论分析35-39
• 2.2.2 C 型独立液货舱防流体冲击结构应力计算39-42
• 2.2.2.1 液货舱基本参数39-40
• 2.2.2.2 液货舱防流体冲击结构应力计算40-42
• 2.3 应力强度评定标准42-43
• 2.4 本章小结43-45
• 第三章 防流体冲击结构有限元分析45-56
• 3.1 防流体冲击结构模型建立45-46
• 3.1.1 建模软件介绍45
• 3.1.2 防流体冲击结构建模45-46
• 3.2 防流体冲击结构有限元分析46-53
• 3.2.1 建立有限元分析模型46-48
• 3.2.2 模型网格划分48-50
• 3.2.3 载荷及边界条件的确定50-51
• 3.2.4 有限元数值模拟计算51-53
• 3.3 结构应力评定53-54
• 3.4 本章小结54-56
• 第四章 液货舱防流体冲击结构优化56-80
• 4.1 优化思路56-57
• 4.2 防流体冲击结构优化57-77
• 4.2.1 基于不同形式防流体冲击结构的优化58-71
• 4.2.1.1 基于半球形防流体冲击结构的优化58-62
• 4.2.1.2 基于平板形防流体冲击结构的优化62-71
• 4.2.3 基于模型五的防流体冲击结构的优化71-77
• 4.3 优化结果分析77-78
• 4.4 本章小结78-80
• 第五章 结论与展望80-82
• 5.1 结论80-81
• 5.2 展望81-82
• 参考文献82-87
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果87-88
• 致谢88-89
• 附件89

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