LNG船泵塔结构疲劳寿命谱分析法研究

摘要

大型LNG船为高技术、高附加值船舶,液舱泵塔结构的设计与建造为该类型船舶的关键技术之一。泵塔作为重要的设备构件,一般要求在整个营运期间保证足够的安全性。由于LNG船在部分装载情况下液舱将产生周期性的晃荡运动,泵塔结构在长期晃荡交变载荷作用下容易产生疲劳损伤。目前,规范一般推荐采用简化方法进行疲劳寿命计算,该方法借鉴了船体结构疲劳计算的思想,但计算中部分关键参数的选取需完全依赖于经验值,缺乏充足的理论背景和实船数据积累,给分析结果带来较大的不确定性。由于谱分析法以随机过程线性系统变换理论为基础,与简化计算方法相比,更能充分地计及不同海况条件对结构疲劳损伤的影响,本文以薄膜型LNG船泵塔结构为对象,开展晃荡载荷作用下的泵塔管节点疲劳寿命谱分析方法研究。
　　本研究主要内容包括：⑴基于改进的VOF法,开展了薄膜型LNG船液舱晃荡运动数值分析,采用Morison方程计算泵塔晃荡载荷。对晃荡载荷的滤波算法开展研究,提出适用于LNG船晃荡载荷滤波光顺的双重中指均值限幅组合滤波算法。⑵从理论分析和数值计算两方面探讨了泵塔晃荡载荷与船舶运动幅值之间的关系。提出泵塔晃荡载荷与船舶运动幅值之间线性关系的假设,并通过一系列的数值计算进行了验证。⑶基于疲劳谱分析法的基本原理,结合泵塔载荷的特性,提出了泵塔疲劳谱分析方法的基本流程。⑷选取某大型 LNG船的泵塔结构进行疲劳寿命的谱分析计算。参考船级社规范和简化计算结果进行对比分析。⑸基于实船泵塔疲劳谱分析法的计算结果,采用最小二乘法对管节点热点应力的Weibull分布形状参数进行估计。为泵塔热点应力长期分布形状参数的选择提供一定的参考。⑹建立的大型 LNG船泵塔结构疲劳谱分析方法在一定程度上弥补了目前规范计算方法的不足,相关理论分析方法和计算流程可为泵塔结构设计、安全性评估以及LNG船规范的完善提供有益的参考。

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第一章绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 研究现状

1.3 本文主要工作

第二章泵塔晃荡载荷数值计算与滤波算法研究

2.1 液舱晃荡运动的数值模拟

2.2 晃荡载荷滤波算法研究

2.3 泵塔晃荡载荷计算

2.4 小结

第三章 泵塔晃荡载荷与船舶运动的关系探究

3.1 理论分析

3.2 数值计算验证

3.3 小结

第四章泵塔疲劳谱分析方法基本流程

4.1 结构疲劳分析谱分析法基本原理

4.2 泵塔结构疲劳寿命计算的谱分析法研究

4.3 小结

第五章实船计算

5.1 船舶耐波性分析

5.2 泵塔结构分析

5.3 泵塔管节点热点应力谱

5.4 泵塔管节点疲劳寿命计算

5.5 Weibull形状参数的拟合

5.6 小结

第六章总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表或录用的论文

致谢