不锈钢舱化学品船温度场及温度应力分析

摘要

化学品船作为一种运载危险液体货物的特殊船舶，经常运输一些对人体或环境有害的液体或气体，这些物质在运输途中一般需要保持一定的特殊存贮环境，例如运输沥青、木馏油、硫磺等化学物质时，通常需要持续加热并使其维持在高温状态(90℃-250℃)，以防止货物凝固。这就要求化学品船能够经受住长时间高热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。因此对化学品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。 本文首先介绍了化学品船温度应力分析的研究背景及意义，回顾了国内外对此问题的研究现状。然后对温度场及温度应力问题的基本概念和计算原理进行了较为详细的介绍，并详细推导了温度应力分析的有限元计算方法。文中还介绍了利用有限元方法计算装载高温液货时的化学品船货舱温度场及温度应力分析过程及要点和ANSYS有限元软件的应用。最后结合“‘十五’国家高技术船舶项目计划：船体结构设计研究”的子课题，重点对实际化学品船算例进行了求解分析。分析过程是以某公司建造的46000DWT化学品船为模型，利用大型通用有限元分析软件ANSYS对其进行不同温度场下的热应，力分析计算。研究了因不锈钢液货舱内装载的货物和相邻液货舱内装载的货物温度不同，而产生不均匀的温度场，以及由不均匀温度场引起的船体结构内部热应力分布及变化状况，探讨由此引起的船体局部强度。通过研究给出了船体结构所能承受的热载荷极限值，得出以下主要结论：(1)温度较高的地方，温度应力也较大，并且与总纵弯曲应力达到相同量级；(2)甲板，内底板等构件受温度载荷的影响较大，应该适当将板加厚；(3)槽型舱壁对减小温度应力作用明显，起缓冲作用；(4)满载时，温度应力作用突出，部分装载时，甲板应力下降明显，但内底应力没有显著变化。 本论文的研究工作对化学品船的设计和装载情况具有一定的指导意义和参考价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1研究背景

1.2课题的研究意义及价值

1.3国内外研究现状

1.4本论文主要工作

2温度场及温度应力计算原理

2.1温度场和温度应力问题概述

2.2关于温度场的基本概念

2.3温度场基本原理

2.3.1热传导微分方程

2.3.2热传导理论中的定律与公式

2.3.3热力学的初始条件和边界条件

2.3.4热传导问题的解法

2.3.5计算温度场的有限单元法

3温度应力分析的有限元计算方法

3.1稳态温度场的有限元计算方法

3.2瞬态温度场的有限元计算方法

3.3温度应力有限元计算过程

3.4薄板温度应力问题求解

3.4.1薄板热弯曲问题的内力和挠曲微分方程

3.4.2薄板热弯曲问题的有限单元法

3.5薄壳温度应力问题求解

4船体结构有限元分析

4.1有限元软件ANSYS简介

4.2船体结构有限元模型

4.2.1模型范围

4.2.2单元和网格

4.3载荷计算原理

4.4边界条件

4.3.1GL边界条件

4.3.2LR边界条件

4.3.3DNV边界条件

4.3.4CCS边界条件

4.3.5JTP边界条件

5实船计算

5.1实船资料

5.2有限元模型

5.3计算工况

5.4外力计算

5.4.1工况1载荷计算

5.4.2工况5载荷计算

5.5计算条件

5.6计算结果

5.6.1温度场分析结果

5.6.2温度应力分析结果

5.6.3耦合应力分析结果

5.6.4加强筋的温度场分布及温度应力研究

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢