薄膜型LNG船的总纵极限承载能力研究

摘要

LNG 船即液化天然气船是在零下163 摄氏度低温下运输液化气的专用船舶，它在当前全球的经济生活中扮演着不可或缺的角色。LNG 船有别于常规液体船的一个主要技术难点，就是如何使货物在－163℃的极低温度下被安全装运，并且避免低温对船体钢结构造成脆性破坏，这就要求其必须具有足够的结构强度，而船体结构因总纵极限强度不够而失效的可能性最大，因此研究船体总纵极限承载能力，评估船体结构的真正安全余量，保证LNG的安全运行有重要的实际意义。评价船体总纵极限承载能力的最重要指标是极限弯矩，船体的极限弯矩应定义为弯矩-曲率曲线的斜率为零的峰值点所对应的弯矩值。这样定义的极限弯矩计及了包括屈服、屈曲及组合的各种破坏形式和各构件之间的非线性影响，目前被认为是最为合理的。本文就采用弯矩－曲率曲线来计算极限弯矩。 本文采用非线性有限元法，运用ANSYS 进行船体结构总纵极限承载能力计算。先提出两种计算方法：增量法施加的四点纯弯曲和多点约束法。并以Nishihara模型为例，应用两种方法计算总纵极限强度，在计算过程中讨论了载荷、网格密度及载荷子步大小的选取方法，并将计算结果与试验比较，验证计算方法的正确性。将这两种方法应用于一薄膜型LNG 船舱段总纵极限强度计算，计算中拱和中垂条件下的弯矩－曲率曲线，分析破坏过程。最后探讨了初始位移，残余应力，板厚和屈服应力等主要参数的影响。 通过本文的计算研究可以看出，FEM 方法能较好地将非线性因素考虑到船体的总纵极限强度中，是计算船体总纵极限承载能力的较可靠的方法。在应用总纵极限承载能力进行LNG 船体结构设计时，要着重考虑始屈弯矩和极限弯矩之间的安全余量。初始位移和残余应力对极限强度的影响较小，但其对结构进入塑性阶段的影响不容忽视。