大型液化天然氣船超低溫作用下結構安全問題研究.pdf

1、大型LNG船具有航速高、結構復雜、航行海域廣和裝載工況多樣的特點，為確保船舶航行安全需要克服LNG超低溫和晃蕩載荷的作用。薄膜型貨艙是目前主流的LNG船圍護系統(tǒng)，其技術專利還都掌握在少數(shù)造船強國手中，提高液化天然氣船自主研發(fā)水平是保障我國能源安全的切實需要。
　　 本論文以工程實際運用為研究背景，考慮漫長服役期中可能出現(xiàn)的各種海洋環(huán)境、潛在的事故工況等，對大型LNG船體結構在超低溫作用下的安全性問題展開研究：分析了超低溫作用下船

2、舶系統(tǒng)的熱傳遞問題，評估了材料性能隨溫度的非線性變化對結構強度計算的影響，研究了多種環(huán)境下船體結構強度問題，預報了LNG船潛在的事故工況及對結構強度的危害，分析了超低溫、晃蕩聯(lián)合作用對LNG船結構強度的影響。論文開展的主要工作如下：
　　 (1)簡要介紹了天然氣產業(yè)現(xiàn)狀、LNG海運市場潛力、LNG船技術難點、課題意義等，并針對LNG船結構安全研究所涉及的不同學術領域，介紹了目前國內外主要科研成果和研究進展。
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3、提出了采用等效對流換熱耦合系數(shù)來模擬船體內外殼之間熱傳遞的思路。分析了多個環(huán)境溫度下典型局部船舶系統(tǒng)的熱傳遞規(guī)律，計算了船體內殼溫度、封閉空間的熱對流系數(shù)，修正了環(huán)境變化、加筋等因素對熱對流系數(shù)的影響，開發(fā)了用于模擬船體內外殼之間對流關系的專用計算模塊，并研究了船體不同部位處的等效對流耦合系數(shù)，研究結果表明采用搜索等效對流耦合系數(shù)的方法可以較準確模擬船體內外殼之間空氣的傳熱作用。
　　 (3)提出了計及低溫下材料非線性對LNG船

4、結構熱應力計算結果影響的修正方法。歸納總結了大量工程材料在溫度變化情況下的極限強度、屈服強度、楊氏模量、熱膨脹系數(shù)、導熱系數(shù)等材料特性的變化規(guī)律，分析了影響LNG船強度計算的關鍵材料參數(shù)，采用非線性熱.彈塑性耦合計算理論，對多工況下船體局部結構進行非線性分析，進而研究了材料溫度非線性變化對結構強度計算結果的影響，回歸得到線性熱應力計算結果的修正公式。
　　 (4)考慮了貨艙內溫度分布變化和環(huán)境溫度變化，研究了超低溫作用下LNG船

5、結構溫度場和熱應力問題?；趯ω浥搰o系統(tǒng)的熱分析，研究了裝載工況對船舶貨艙內溫度的影響，計算了多裝載工況下貨艙內溫度分布規(guī)律，并推導了不同裝載工況下貨艙內不同位置處的溫度計算公式，以大型LNG船常見的裝載工況為研究條件，計算了船舶壓載、滿載情況下船體溫度場分布，在此基礎上研究了船體熱應力問題，并對最終計算結果進行材料溫度非線性修正。
　　 (5)假定了多種LNG船事故工況，研究了事故工況下的船體結構安全問題。根據貨艙絕熱層載荷

6、、結構特點，分析了可能出現(xiàn)的局部絕熱層失效形式，在此基礎上假定了一系列潛在的事故工況，研究了絕熱層失效對船體結構安全性的影響，模擬了LNG泄漏、超低溫直接作用下船體結構響應問題，分析了參數(shù)變化對結構超低溫響應的影響，并進一步研究了船體隔艙加熱設備故障、薄膜損壞主絕熱層失效等其他事故對船體結構安全的影響。
　　 (6)基于貨艙內液體晃蕩模擬，研究了超低溫和晃蕩聯(lián)合作用下船體結構安全問題。根據LNG船的自身特點及航行規(guī)律，選取了4種

7、縱向變速晃蕩激勵條件，采用有限體積法(VOF)，模擬了不同激勵條件下滿載、壓載時貨艙內液體的晃蕩問題，并以特定激勵條件下的液體晃蕩、超低溫為研究背景，分析了二者聯(lián)合作用下的大型LNG船結構安全問題，評估了晃蕩和超低溫因素對結構強度的影響。
　　 從理論和工程實際相結合的角度，論文針對LNG船服役期中超低溫作用下可能面臨的各種結構安全問題展開了深入研究，其研究方法、重要結論可以為我國自主研發(fā)LNG新船型、開發(fā)新型貨艙圍護系統(tǒng)提供有