船用lng储罐的应力的有限元分析计算方法
【专利摘要】本发明公开了一种船用LNG储罐的应力的有限元分析计算方法，涉及船用LNG储罐测试领域。该方法包括以下步骤：对船用LNG储罐进行三围建模，计算船用LNG储罐的各个构件在7种不同工况下的应力，将船用LNG储罐的各个构件的应力和许用应力进行比较后，确定船用LNG储罐的各个构件是否合格。通过本发明的方法能够确定LNG储罐是否合格，LNG储罐是否需要进行优化，保证LNG储罐的安全。
【专利说明】船用LNG储罐的应力的有限元分析计算方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及船用LNG储罐测试领域，具体涉及一种船用LNG储罐的应力的有限元分析计算方法。
【背景技术】
[0002]LNG(liquefied natural gas,液化天然气)是一种清洁、高效的能源。目前，陆地上储存LNG的储罐一般采用静止固定式LNG储罐的设计规范，主要参考现有的GB150钢制压力容器及其他压力容器标准。
[0003]但是，如将陆地上采用的LNG储罐应用到船舶上，由于船舶航行过程中会产生的三个方向上加速度产生的动载影响，而陆地上采用的LNG储罐并未考虑加速度产生的动载影响，因此，将陆地上采用的LNG储罐直接用于船舶时，安全会存在一定隐患。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种船用LNG储罐的应力的有限元分析计算方法，通过本发明的方法能够确定LNG储罐是否合格，LNG储罐是否需要进行优化，保证LNG储罐的安全。
[0005]为达到以上目的，本发明采取的技术方案是:一种船用LNG储罐的应力的有限元分析计算方法，包括以下步骤:
[0006]A、对船用LNG储罐的外壳、内容器和受力构件进行三维建模，加载当前LNG储罐的设计参数、以及当前船舶的航行参数；
[0007]B、定义当前船舶的外壳承受的大气压力为P外、内容器介质压力为P内、内外罐自重为G、LNG液体重量压力为P静；
[0008]定义船舶在航行过程中横向加速的产生的惯性力F横、船舶在航行过程中纵向加速的产生的惯性力F纵、船舶在航行过程中垂向加速的产生的惯性力F垂、船舶在航行过程中纵向的碰撞载荷产生的惯性力F碰；设定LNG储罐的温差载荷Λ T ；
[0009]定义LNG储罐贮液时的载荷工况为F储液、LNG储罐使用的横垂向载荷工况为F横垂1、考虑Λ T时LNG储罐使用的横垂向载荷工况为F横垂2 ；
[0010]定义LNG储罐正常使用的纵垂向载荷工况为F纵垂1、考虑Λ T时LNG储罐使用的纵垂向载荷工况为F纵垂2 ；
[0011 ] 定义LNG储罐正常使用的碰撞载荷工况为F碰撞1、考虑Λ T时LNG储罐使用的碰撞载荷工况为F碰撞2 ；
[0012]C、采集得到外壳、内容器和受力构件在F储液时的P外、P内、G和P静；利用有限元分析计算方法FEM，根据内容器的三维模型、Λ Τ、加载的设计参数和航行参数、F储液时的P外、P内、G和P静计算得到内容器在F储液时的应力；利用FEM，根据外壳的三维模型、Δ T、加载的设计参数和航行参数、F储液时的P外、G和P静计算得到外壳在F储液时的应力；利用FEM，根据受力构件的三维模型、Λ Τ、加载的设计参数和航行参数、F储液时的P夕卜、P内、G和P静计算得到受力构件在F储液时的应力；
[0013]采集得到外壳、内容器和受力构件在F横垂I时的P外、P内、G、F横和F垂；利用FEM，根据内容器的三维模型、Λ Τ、加载的设计参数和航行参数、F横垂I时的P外、P内、G、F横和F垂计算得到内容器在F横垂I时的应力；利用FEM，根据外壳的三维模型、Λ Τ、加载的设计参数和航行参数、F横垂I时的P外、G、F横和F垂计算得到外壳在F横垂I时的应力；利用FEM，根据受力构件的三维模型、Λ Τ、加载的设计参数和航行参数、F横垂I时的P外、P内、G、F横和F垂计算得到受力构件在F横垂I时的应力；
[0014]采集得到外壳、内容器和受力构件在F横垂2时的P外、P内、G、P静、F横和F垂；利用FEM，根据内容器的三维模型、Λ Τ、加载的设计参数和航行参数、F横垂2时的P外、P内、G、P静、F横和F垂计算得到内容器在F横垂2时的应力；利用FEM，根据外壳的三维模型、Λ Τ、加载的设计参数和航行参数、F横垂2时的P外、G、P静、F横和F垂计算得到外壳在F横垂2时的应力；利用FEM，根据受力构件的三维模型、Λ T、加载的设计参数和航行参数、F横垂2时的P外、P内、G、P静、F横和F垂计算得到受力构件在F横垂2时的应力；
[0015]采集得到外壳、内容器和受力构件在F纵垂I时的P外、P内、G、F纵和F垂；利用FEM，根据内容器的三维模型、AT、加载的设计参数和航行参数、F纵垂I时的P外、P内、G、F纵和F垂计算得到内容器在F纵垂I时的应力；利用FEM，根据外壳的三维模型、Λ Τ、加载的设计参数和航行参数、F纵垂I时的P外、G、F纵和F垂计算得到外壳在F纵垂I时的应力；利用FEM，根据受力构件的三维模型、Λ Τ、加载的设计参数和航行参数、F纵垂I时的P外、P内、G、F纵和F垂计算得到受力构件在F纵垂I时的应力；
[0016]采集得到外壳、内容器和受力构件在F纵垂2时的P外、P内、G、P静、F纵和F垂；利用FEM，根据内容器的三维模型、Λ Τ、加载的设计参数和航行参数、F纵垂2时的P外、P内、G、P静、F纵和F垂计算得到内容器在F纵垂2时的应力；利用FEM，根据外壳的三维模型、Λ Τ、加载的设计参数和航行参数、F纵垂2时的P外、G、P静、F纵和F垂计算得到外壳在F纵垂2时的应力；利用FEM，根据受力构件的三维模型、Λ T、加载的设计参数和航行参数、F纵垂2时的P外、P内、G、P静、F纵和F垂计算得到受力构件在F纵垂2时的应力；
[0017]采集得到外壳、内容器和受力构件在F碰撞I时的P外、P内、G和F碰；利用FEM，根据内容器的三维模型、Λ Τ、加载的设计参数和航行参数、F碰撞I时的P外、P内、G和F碰计算得到内容器在F碰撞I时的应力；利用FEM，根据外壳的三维模型、Λ Τ、加载的设计参数和航行参数、F碰撞I时的P外、G和F碰计算得到外壳在F碰撞I时的应力；利用FEM，根据受力构件的三维模型、AT、加载的设计参数和航行参数、F碰撞I时的P外、P内、G和F碰计算得到受力构件在F碰撞I时的应力；
[0018]采集得到外壳、内容器和受力构件在F碰撞2时的P外、P内、G、P静和F碰；利用FEM，根据内容器的三维模型、Λ Τ、加载的设计参数和航行参数、F碰撞2时的P外、P内、G、P静和F碰计算得到内容器在F碰撞2时的应力；利用FEM，根据外壳的三维模型、Λ Τ、加载的设计参数和航行参数、F碰撞2时的P外、G、P静和F碰计算得到外壳在F碰撞2时的应力；利用FEM，根据受力构件的三维模型、Λ Τ、加载的设计参数和航行参数、F碰撞2时的P外、P内、G、P静和F碰计算得到受力构件在F碰撞2时的应力；
[0019]D、根据外壳在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞1、和F碰撞2时的应力，确定外壳是否合格；根据内容器在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞1、和F碰撞2时的应力，确定内容器是否合格；根据受力构件在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞1、和F碰撞2时的应力，确定受力构件是否合格。
[0020]在上述技术方案的基础上，步骤A中所述受力构件包括内容器支撑件、鞍座、内加强圈、外加强圈。
[0021]在上述技术方案的基础上，步骤A中所述受力构件进行三维建模包括以下步骤:内加强圈和外加强圈采用板壳单元进行简化建模，内容器支撑件采用面-面接触单元模拟建模。
[0022]在上述技术方案的基础上，步骤A中所述LNG储罐的设计参数包括内容器和外壳的介质名称、介质密度、工作温度、设计压力、计算压力、设计温度、焊接接头系数、主要受压元件材料、罐体材料许用应力、船舶航行纵向加速度、船舶航行横向加速度、船舶航行垂向加速度、和绝热形式。
[0023]在上述技术方案的基础上，步骤A中所述船舶的航行参数包括船舶的长度和宽度、船舶航行分布的形状参数。
[0024]在上述技术方案的基础上，步骤B中所述F横通过船舶在航行过程中的横向惯性载荷计算得到；所述F纵通过船舶在航行过程中的纵向惯性载荷计算得到；所述F垂通过船舶在航行过程中的垂向惯性载荷计算得到；所述F碰通过船舶在航行过程中的碰撞惯性载荷计算得到。
[0025]在上述技术方案的基础上，步骤B中设定LNG储罐的温差载荷Λ T包括以下步骤:设定内容器的温度T内、外壳的温度T外、空气的温度Τ0，根据T内、T外和TO计算得到LNG储罐的温差载荷Λ T0
[0026]在上述技术方案的基础上，步骤D中所述根据外壳在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞1、和F碰撞2时的应力，确定外壳是否合格包括以下步骤:依次判断外壳在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞1、和F碰撞2时的应力是否在许用应力以上，若是，确定外壳不合格，待外壳优化后，重新执行步骤C?步骤D ;否则确定外壳合格。
[0027]在上述技术方案的基础上，步骤D中所述根据内容器在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞1、和F碰撞2时的应力，确定内容器是否合格包括以下步骤:依次判断内容器在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞1、和F碰撞2时的应力是否在许用应力以上，若是，确定内容器不合格，待外壳优化后，重新执行步骤C?步骤D ；否则确定内容器合格。
[0028]在上述技术方案的基础上，步骤D中所述根据受力构件在F储液、F横垂1、F横垂
2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞1、和F碰撞2时的应力，确定受力构件是否合格包括以下步骤:依次判断受力构件在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞1、和F碰撞2时的应力是否在许用应力以上，若不是确定受力构件合格；否则确定受力构件不合格，待受力构件优化后，重新计算受力构件在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞1、和F碰撞2时的应力，重新执行步骤D。
[0029]与现有技术相比，本发明的优点在于:
[0030](I)本发明通过LNG储罐各个构件在7种工况下的不同载荷，对船用LNG储罐的各个构件的应力进行计算，本发明将船用LNG储罐的各个构件的应力和许用应力进行比较后，确定船用LNG储罐的各个构件是否合格，进而即时优化LNG储罐的各个构件，保证船用LNG储罐的安全。
[0031](2)本发明通过LNG储罐的设计参数、船舶的航行参数、外壳承受的大气压力为、内容器介质压力为、内外罐自重为、低温LNG液体重量压力为、船舶在航行过程中横向加速的产生的惯性力、纵向加速的产生的惯性力、垂向加速的产生的惯性力，计算LNG储罐的应力。
[0032]横向加速的产生的惯性力通过船舶在航行过程中的横向惯性载荷计算得到；纵向加速的产生的惯性力通过船舶在航行过程中的纵向惯性载荷计算得到；垂向加速的产生的惯性力通过船舶在航行过程中的垂直惯性载荷计算得到。
[0033]综上所述，本发明计算LNG储罐各构件的应力时充分考虑LNG储罐的摆放位置、船舶航行的方向、船舶航行过程中的横向、纵向和垂向的动载的叠加作用，计算得到的LNG储罐各构件的应力比较准确，便于人们精准的对LNG储罐的各构件进行优化，保证船用LNG储罐使用的安全。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]图1为本发明实施例中船用LNG储罐的结构示意图。
[0035]图中:1-内容器，2-外壳，3-绝热层，4-内容器支撑件，5-安全阀，6_外部管路，7-支座，8-储罐连接处所。
【具体实施方式】
[0036]以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
[0037]参见图1所不,船用LNG储罐包括外壳2和内容器I,外壳2和内容器I之间设置有绝热层3、内容器支撑件4和夹层管路，罐体外部设置有外部管路6、安全阀5和储罐连接处所8，罐体的底部设置有支座7。
[0038]本发明实施例中的船用LNG储罐的应力的有限元分析计算方法，包括以下步骤:
[0039]S1:对船用LNG储罐的外壳、内容器和受力构件进行三维建模，加载当前LNG储罐的设计参数、以及当前船舶的航行参数。
[0040]受力构件包括内容器支撑件、鞍座、内加强圈、外加强圈；内加强圈和外加强圈采用板壳单元进行简化建模，内容器支撑件采用面-面接触单元模拟建模。
[0041]LNG储罐的设计参数包括内容器和外壳的介质名称、介质密度、工作温度、设计压力、计算压力、设计温度、焊接接头系数、主要受压元件材料、罐体材料许用应力、船舶航行三向(纵向、横向、垂向)加速度和绝热形式。船舶的航行参数包括船舶的长度和宽度、船舶航行分布的形状参数。
[0042]S2:定义当前船舶的外壳承受的大气压力为P#、内容器介质压力为Prt、内外罐自重为G、低温LNG液体重量压力为P#、船舶在航行过程中横向加速的产生的惯性力Fe、船舶在航行过程中纵向加速的产生的惯性力F a、船舶在航行过程中垂向加速的产生的惯性力Fβ、船舶在航行过程中纵向的碰撞载荷产生的惯性力F?。
[0043]Fill通过船舶在航行过程中的横向惯性载荷计算得到；Fa通过船舶在航行过程中的纵向惯性载荷计算得到；Fe通过船舶在航行过程中的垂向惯性载荷计算得到；Fe通过船舶在航行过程中的碰撞惯性载荷计算得到。
[0044]S3:设定内容器的温度T ?、外壳的温度Τ,、空气的温度Ttl，根据Τ?、Τ,和Ttl计算得到LNG储罐的温差载荷Λ T0
[0045]S4:定义LNG储罐贮液时的载荷工况为F<lia、LNG储罐使用的横垂向载荷工况为F横垂1、考虑Λ T时LNG储罐使用的横垂向载荷工况为F横垂2。
[0046]定义LNG储罐正常使用的纵垂向载荷工况为Fae1、考虑Λ T时LNG储罐使用的纵垂向载荷工况为F纵垂2。
[0047]定义LNG储罐正常使用的碰撞载荷工况为F wi 1、考虑Λ T时LNG储罐使用的碰撞载荷工况2。
[0048]S5:采集得到外壳、内容器和受力构件在F_时的P外、P ?、G和Ρ#。
[0049]利用FEM(Finite Element Method,有限元分析计算方法)，根据内容器的三维模型、Λ Τ、加载的设计参数和航行参数、Filia时的P,、Ρ?、G和P11计算得到内容器在Filia时的应力。
[0050]利用FEM，根据外壳的三维模型、Λ Τ、加载的设计参数和航行参数、Fflia时的P,、G和Plf计算得到外壳在F<tK时的应力。
[0051]利用FEM，根据受力构件的三维模型、Λ T、加载的设计参数和航行参数、F储液时的P外、P ?、G和P静计算得到受力构件在F储液时的应力。
[0052]S6:采集得到外壳、内容器和受力构件在Filllll时的P外、P内、G、F横和F垂。
[0053]利用FEM，根据内容器的三维模型、Λ Τ、加载的设计参数和航行参数、Fffiei时的P夕卜、P内、G、F横和F垂计算得到内容器在F横垂丨时的应力。
[0054]利用FEM，根据外壳的三维模型、AT、加载的设计参数和航行参数、Fffiei时的P#、G、F横和算得到外壳在Filtei时的应力。
[0055]利用FEM，根据受力构件的三维模型、Λ T、加载的设计参数和航行参数、Feei时的P外、P ?、G、F横和F垂计算得到受力构件在F横垂!时的应力。
[0056]S7:采集得到外壳、内容器和受力构件在F横垂2时的Pp P内、G、P#、F横和F垂。
[0057]利用FEM，根据内容器的三维模型、Λ Τ、加载的设计参数和航行参数、Fffie2时的P外、P内、G、P #、F横和F垂计算得到内容器在F横垂2时的应力。
[0058]利用FEM，根据外壳的三维模型、AT、加载的设计参数和航行参数、Fffie2时的P,、G、P#、F横和F垂计算得到外壳在Fillll2时的应力。
[0059]利用FEM，根据受力构件的三维模型、Λ Τ、加载的设计参数和航行参数、Fillll2时的P外、P ?、G、P #、F横和F垂计算得到受力构件在F横垂2时的应力。
[0060]S8:采集得到外壳、内容器和受力构件在Fsai WWfVPrt、G、FdPFe。
[0061]利用FEM，根据内容器的三维模型、Λ Τ、加载的设计参数和航行参数、Faei时的P外、P内、G、F纵和F垂计算得到内容器在FM i时的应力。
[0062]利用FEM，根据外壳的三维模型、AT、加载的设计参数和航行参数、Faei时的P,、6、6|和算得到外壳在Faei时的应力。
[0063]利用FEM，根据受力构件的三维模型、Λ T、加载的设计参数和航行参数、Faei时的P外、P ?、G、F纵和F垂计算得到受力构件在Fsai时的应力。
[0064]S9:采集得到外壳、内容器和受力构件在Fm2时的P外、P内、G、P静、F纵和F垂。
[0065]利用FEM，根据内容器的三维模型、Λ Τ、加载的设计参数和航行参数、Fae2时的P夕卜、P内、G、P静、F纵和F垂计算得到内容器在F纵垂2时的应力。
[0066]利用FEM，根据外壳的三维模型、AT、加载的设计参数和航行参数、Fae2时的P#、G、P静、F纵和F垂计算得到外壳在Fm2时的应力。
[0067]利用FEM，根据受力构件的三维模型、Λ T、加载的设计参数和航行参数、Fae2时的P外、P ?、G、P #、F纵和F垂计算得到受力构件在F纵垂2时的应力。
[0068]SlO:采集得到外壳、内容器和受力构件在Faffll时的P外、P内、G和F碰。
[0069]利用FEM，根据内容器的三维模型、Λ Τ、加载的设计参数和航行参数、Fwil时的P外、P内、G和F碰计算得到内容器在F碰撞I时的应力。
[0070]利用FEM，根据外壳的三维模型、AT、加载的设计参数和航行参数、Fwsi时的P,、G和F?计算得到外壳在Fwi!时的应力。
[0071]利用FEM，根据受力构件的三维模型、Λ Τ、加载的设计参数和航行参数、Fesi时的P外、P ?、G和F碰计算得到受力构件在F wi i时的应力。
[0072]Sll:采集得到外壳、内容器和受力构件在Fwi2时的P外、P碰。
[0073]利用FEM，根据内容器的三维模型、Λ Τ、加载的设计参数和航行参数、Fwi2时的P夕卜、P内、G、P静和F碰计算得到内容器在F碰撞2时的应力。
[0074]利用FEM，根据外壳的三维模型、AT、加载的设计参数和航行参数、Fwi2时的Ρ#、GW1^P F?计算得到外壳在Fwi2时的应力。
[0075]利用FEM，根据受力构件的三维模型、Λ Τ、加载的设计参数和航行参数、Fwi2时的P外、P ?、G、P1^P F碰计算得到受力构件在Fwi2时的应力。
[0076]S12:根据外壳在F储液、F横垂pF横垂2、F纵垂pF纵垂2、F碰撞丨、和F碰撞2时的应力，确定外壳是否合格:依次判断外壳在、和Fwg2时的应力是否在许用应力以上，若是，确定外壳不合格，需要进行优化，转到步骤S13，否则确定外壳合格，外壳使用安全，结束。
[0077]根据内各器在F储液、F横垂F横垂2、F纵垂!、F纵垂2、F碰撞!、和F碰撞2时的应力，确定内容器是否合格:依次判断内容器在F储液、F横垂1、F横垂2、Fmi, F纵垂2、FwilJP Fwi2时的应力是否在许用应力以上，若是，确定内容器需要进行优化，转到步骤S14，否则确定内容器合格，内容器使用安全，结束。
[0078]根据受力构件在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞丨、和F碰撞2时的应力，确定受力构件是否合格:依次判断受力构件在 F储液、F横垂P F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞1、矛口 F碰撞2 W的应力是否在许用应力以上，若是，确定受力构件需要进行优化，转到步骤S15，否则确定受力构件合格，受力构件使用安全，结束。
[0079]S13:待外壳优化后，重新执行步骤S5?步骤S12。
[0080]S14:待内容器优化后，重新执行步骤S5?步骤S12。
[0081 ] S15:待受力构件优化后，重新计算受力构件在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞!、和F碰撞2时的应力，重新执行步骤S12。
[0082]下面，通过I个实施例详细说明本发明的方法。
[0083]本发明实施例中的船用LNG储罐的应力的有限元分析计算方法，包括以下步骤:
[0084]对船用LNG储罐的外壳、内容器和受力构件进行三维建模，受力构件包括内容器支撑件、鞍座、内加强圈、外加强圈；加载当前LNG储罐的设计参数、以及当前船舶的航行参数。
[0085]参见表I所示，LNG储罐的设计参数包括内容器和外壳的介质名称、介质密度、工作温度、设计压力、计算压力、设计温度、焊接接头系数、主要受压元件材料、罐体材料许用应力、船舶航行三向加速度和绝热形式。
[0086]表1、LNG储罐设计参数表
[0087]
设计参数内容器外壳 —
介质名称LNG珠光砂介质密度，Kg/ητ1__470__60_
工作温度，V— -163?+45 —常温
设 Ll ik力，MPa__09__敕
UVfIkJj, MPa__L05__-0.10
设 11.温度，'C__-165__-165 ?+45
火Ytete头系数1.00.85
卞耍受川儿作材料__SA-240 304__SA-240 304
罐体材料许用应力，MPa__13X0__137.0.一 ,,、古扣~ 0.442g,/1.187g/1.013g (纵向/横向/垂向)
船舶航?了二向力口速度，g~~ , ^,, ^尸 Pm&,一~^rr-
_g=9.81ra/S~ (罐体jllfT与船舶航订一致)
绝热形式真空粉末绝热—
[0088]参见表2所示，船舶的航行参数包括船舶的长度和宽度、船舶航行分布的形状参数、储罐20年使用寿命预期内的使用工况说明。
[0089]表2、船舶航行参数表
[0090]
有关参数具体数值船舶的长宽(L/B) m__75.372/14.6_
=l^weillbu11分布的形状1.0 (由船检机关同意，下同)
参数' (h)__
15%设备泊港及检修期，约3年；即休闲期 —
|l/4时间，90%液体充装(80-100%)
μ紀妹m主人讲彻1/4时间，70%液体充装(60-80%)
储S崔20年使用寿命预期内的使。^ t//, α,,_ ^η/?从十壯,川 _工％&_85%?_备使1/4时间，50%液_体充装(40-60%)
用期间 1/4时间，30%液体充装(20-40%)
另外，]000次/20年的液体充装(约 __|7 天 I 次)_
[0091]将内容器的温度Trt设定为_165°C、外壳的温度T,设定为45°C、空气的温度Ttl设定为20°C，根据T ?、T#和Ttl计算得到LNG储罐的温差载荷Λ Τ。
[0092]采集得到外壳、内容器和受力构件在F<lM时的P外、P内、G和P#。
[0093]利用FEM，根据内容器的三维模型、Λ Τ、加载的设计参数和航行参数、Fflia时的P外、P ?、G和P#计算得到内容器在F储液时的应力。
[0094]利用FEM，根据外壳的三维模型、Λ Τ、加载的设计参数和航行参数、F<tM时的P#、G和Plf计算得到外壳在F<tK时的应力。
[0095]利用FEM，根据受力构件的三维模型、Λ T、加载的设计参数和航行参数、F储液时的P外、P ?、G和P静计算得到受力构件在F储液时的应力。
[0096]采集得到外壳、内容器和受力构件在Filllll时的P外、P内、G、F横和F垂。
[0097]利用FEM，根据内容器的三维模型、Λ Τ、加载的设计参数和航行参数、Fffiei时的P夕卜、P内、G、F横和F垂计算得到内容器在F横垂丨时的应力。
[0098]利用FEM，根据外壳的三维模型、AT、加载的设计参数和航行参数、Fffiei时的P,、G、F横和算得到外壳在Filtei时的应力。
[0099]利用FEM，根据受力构件的三维模型、Λ T、加载的设计参数和航行参数、Filllll时的P外、P ?、G、F横和F垂计算得到受力构件在F横垂!时的应力。
[0100]采集得到外壳^容器和受力构件在?^时的^^^^卩^?和？#
[0101]利用FEM，根据内容器的三维模型、Λ Τ、加载的设计参数和航行参数、Fffie2时的P外、P内、G、P #、F横和F垂计算得到内容器在F横垂2时的应力。
[0102]利用FEM，根据外壳的三维模型、AT、加载的设计参数和航行参数、Fffie2时的P,、G、P#、F横和F垂计算得到外壳在Fillll2时的应力。
[0103]利用FEM，根据受力构件的三维模型、Λ Τ、加载的设计参数和航行参数、Fffie2时的P外、P ?、G、P #、F横和F垂计算得到受力构件在F横垂2时的应力。
[0104]采集得到外壳、内容器和受力构件在Fmi WWlVP#、G、F^PFe。
[0105]利用FEM，根据内容器的三维模型、Λ Τ、加载的设计参数和航行参数、Faei时的P外、P内、G、F纵和F垂计算得到内容器在FM i时的应力。
[0106]利用FEM，根据外壳的三维模型、AT、加载的设计参数和航行参数、Faei时的P,、
6、6|和算得到外壳在Faei时的应力。
[0107]利用FEM，根据受力构件的三维模型、Λ T、加载的设计参数和航行参数、Faei时的P外、P ?、G、F纵和F垂计算得到受力构件在Fsai时的应力。
[0108]采集得到外壳、内容器和受力构件在F纵垂2时的P外、P内、G、P静、F纵和F垂。
[0109]利用FEM，根据内容器的三维模型、Λ Τ、加载的设计参数和航行参数、Fae2时的P夕卜、P内、G、P静、F纵和F垂计算得到内容器在F纵垂2时的应力。
[0110]利用FEM，根据外壳的三维模型、AT、加载的设计参数和航行参数、Fae2时的P,、G、P静、F纵和F垂计算得到外壳在Fm2时的应力。
[0111]利用FEM，根据受力构件的三维模型、AT、加载的设计参数和航行参数、Fae2时的P外、P ?、G、P #、F纵和F垂计算得到受力构件在F纵垂2时的应力。
[0112]采集得到外壳、内容器和受力构件在Faffll时的P外、P内、G和F碰。
[0113]利用FEM，根据内容器的三维模型、Λ Τ、加载的设计参数和航行参数、Fwil时的P外、P内、G和F碰计算得到内容器在F碰撞I时的应力。
[0114]利用FEM，根据外壳的三维模型、AT、加载的设计参数和航行参数、Fwsi时的Ρ#、G和F?计算得到外壳在Fwi!时的应力。
[0115]利用FEM，根据受力构件的三维模型、Λ T、加载的设计参数和航行参数、Fwsi时的P外、P ?、G和F碰计算得到受力构件在F wi i时的应力。
[0116]采集得到外壳、内容器和受力构件在Fwi2时的Pp P内、G、P1^P F碰。
[0117]利用FEM，根据内容器的三维模型、Λ Τ、加载的设计参数和航行参数、Fwi2时的P夕卜、P内、G、P静和F碰计算得到内容器在F碰撞2时的应力。
[0118]利用FEM，根据外壳的三维模型、AT、加载的设计参数和航行参数、Fwi2时的Ρ#、GW1^P F?计算得到外壳在Fwi2时的应力。
[0119]利用FEM，根据受力构件的三维模型、Λ Τ、加载的设计参数和航行参数、Fes2时的P外、P ?、G、P1^P F碰计算得到受力构件在Fwi2时的应力。
[0?20]依次将内各器在F储液、F横垂F横垂2、F纵垂丨、F纵垂2、F碰撞丨、和F碰撞2时的应力与许用应力进灯比较，参见表3可知，内各器在F储液、F横垂F横垂2、F纵垂F纵垂2、F碰撞丨、和F碰撞2时的应力均未超过许用应力，确定内容器设计合格。
[0121 ]依次将内加强圈在F储液、F横垂F横垂2、F纵垂丨、F纵垂2、F碰撞丨、和F碰撞2时的应力与许用应力进灯比较，参见表3可知，内加强圈在F储液、F横垂F横垂2、F纵垂”F纵垂2、F碰撞1、和F碰撞2时的应力均未超过许用应力，确定内加强圈设计合格。
[0122]依次将内容器支撑件在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞丨、和F碰撞2时的应力与许用应力进行比较，参见表3可知，内容器支撑件在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞
1、和Fws2时的应力均未超过许用应力，确定内容器支撑件设计合格。
[〇123]依次将外壳在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞丨、和F碰撞2时的应力与许用应力进行比较，参见表3可知，外壳在F储液、F横垂丨、F横垂2、F纵垂丨、F纵垂2、F碰撞丨、和F碰撞2时的应力均未超过许用应力，确定外壳设计合格。
[0124]依次将外加强圈在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞丨、和F碰撞2时的应力与许用应力进灯比较，参见表3可知,外加强圈在F储液、F横垂F横垂2、F纵垂丨、F纵垂2、F碰撞1、和F碰撞2时的应力均未超过许用应力，确定外加强圈设计合格。
[0125]依次将支座在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞1、和F碰撞2时的应力与许用应力进行比较，参见表3可知，支座在F储液、F横垂丨、F横垂2、F纵垂丨、F纵垂2、F碰撞丨、和F碰撞2时的应力均未超过许用应力，确定支座设计合格。
[0126]表3、内容器、夕卜壳和受力构件不同工况下的应力分布表
[0127]
【权利要求】
1.一种船用LNG储罐的应力的有限元分析计算方法，其特征在于，包括以下步骤: A、对船用LNG储罐的外壳、内容器和受力构件进行三维建模，加载当前LNG储罐的设计参数、以及当前船舶的航行参数； B、定义当前船舶的外壳承受的大气压力为P#、内容器介质压力为Prt、内外罐自重为G、LNG液体重量压力为P静； 定义船舶在航行过程中横向加速的产生的惯性力Fff1、船舶在航行过程中纵向加速的产生的惯性力Fa、船舶在航行过程中垂向加速的产生的惯性力Fe、船舶在航行过程中纵向的碰撞载荷产生的惯性力Fe ;设定LNG储罐的温差载荷Λ T ； 定义LNG储罐贮液时的载荷工况为F<lia、LNG储罐使用的横垂向载荷工况为Fffie1、考虑Λ T时LNG储罐使用的横垂向载荷工况为Fee2 ; 定义LNG储罐正常使用的纵垂向载荷工况为Fae1、考虑Λ T时LNG储罐使用的纵垂向载荷工况为Fae2 ； 定义LNG储罐正常使用的碰撞载荷工况为Fwgl、考虑Λ T时LNG储罐使用的碰撞载荷工况为Fwg2 ； C、采集得到外壳、内容器和受力构件时的Ρ#、Ρ?、G和P11;利用有限元分析计算方法FEM，根据内容器的三维模型、Λ Τ、加载的设计参数和航行参数、Filia时的P#、P#、G和Pif计算得到内容器在Filia时的应力；利用FEM，根据外壳的三维模型、Λ T、加载的设计参数和航行参数、Ffl?时的P#、G和P11计算得到外壳在Filia时的应力；利用FEM，根据受力构件的三维模型、Λ Τ、加载的设计参数和航行参数、F-时的Ρ#、P ?、G和P11计算得到受力构件在F<lM时的应力； 采集得到外壳、内容器和受力构件在Feei时的PpPwGjil^PFe ;利用FEM，根据内容器的三维模型、Λ Τ、加载的设计参数和航行参数、Filllll时的Ρ#、P #、G、Fill和Fe计算得到内容器在Fffiei时的应力；利用FEM，根据外壳的三维模型、Λ Τ、加载的设计参数和航行参数、Feei时的P#、G、Fill和算得到外壳在Fffiei时的应力；利用FEM，根据受力构件的三维模型、Λ Τ、加载的设计参数和航行参数、Feei时的Ρ#、P #、G、、和Fe计算得到受力构件在Filllll时的应力； 采集得到外壳、内容器和受力构件在F_2时的P,、P ?、G、P#、、和Fe ;利用FEM,根据内容器的三维模型、Λ T、加载的设计参数和航行参数、F 2时的P ,、P ?、G、P #、F胃和Fβ计算得到内容器在F?e2时的应力；利用FEM，根据外壳的三维模型、Λ T、加载的设计参数和航行参数、F_2时的P,、G、P#、、和算得到外壳在F_2时的应力；利用FEM, ?据受力构件的三维模型、Λ Τ、加载的设计参数和航行参数、Fee2时的Fe计算得到受力构件在Fifae2时的应力； 采集得到外壳、内容器和受力构件在Faei时的PpPwGjs^PFe ;利用FEM，根据内容器的三维模型、Λ Τ、加载的设计参数和航行参数、Faei时的Ρ#、P ?、G、Fe计算得到内容器在Faei时的应力；利用FEM，根据外壳的三维模型、Λ Τ、加载的设计参数和航行参数、Fmi时的Ρ#、6、?和算得到外壳在Fmi时的应力；利用FEM，根据受力构件的三维模型、Λ Τ、加载的设计参数和航行参数、Faei时的Ρ#、P ?、G、Fe计算得到受力构件在Fsai时的应力； 采集得到外壳、内容器和受力构件在Fm2时的P,、P ?、G、P#、Fe ;利用FEM,根据内容器的三维模型、Λ T、加载的设计参数和航行参数、F 2时的P #、P ?、G、P #、F #和Fβ计算得到内容器在Faa2时的应力；利用FEM，根据外壳的三维模型、Λ Τ、加载的设计参数和航行参数、Fm2时的P,、G、P,算得到外壳在Fae2时的应力；利用FEM,?据受力构件的三维模型、Λ Τ、加载的设计参数和航行参数、Fae2时的Fe计算得到受力构件在Fae2时的应力； 采集得到外壳、内容器和受力构件在Fwil时的P#、P & G和Fe ;利用FEM，根据内容器的三维模型、Λ Τ、加载的设计参数和航行参数、Fwsi时的P^P&G和Fe计算得到内容器在Fwsi时的应力；利用FEM，根据外壳的三维模型、AT、加载的设计参数和航行参数、FeiSl时的P#、G和F?计算得到外壳在Fwil时的应力；利用FEM，根据受力构件的三维模型、Δ T、加载的设计参数和航行参数、Fwil时的P#、P 和F?计算得到受力构件在Fwil时的应力； 采集得到外壳、内容器和受力构件在Fwi2时的PpPwGjl^P Fe ;利用FEM，根据内容器的三维模型、Λ Τ、加载的设计参数和航行参数、Fwi2时的Ρ#、P ?、G、P1^P Fe计算得到内容器在Fes2时的应力；利用FEM，根据外壳的三维模型、Λ Τ、加载的设计参数和航行参数、Fwi2时的P外、G、P1^P F碰计算得到外壳在Fwi2时的应力；利用FEM，根据受力构件的三维模型、Λ Τ、加载的设计参数和航行参数、Fwi2时的P,、P ?、G、P1^P Fe计算得到受力构件在Fwi2时的应力； D、根据外壳在F储液、F横垂丨、F横垂2、F纵垂丨、F纵垂2、F碰撞丨、和F碰撞2时的应力，确定外壳是否合格;根据内容器在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂” F纵垂2、F碰撞丨、和F碰撞2时的应力，确定内容器是否合格；根据受力构件在F储液、F横垂F横垂2、F纵垂F纵垂2、F碰撞丨、和F碰撞2时的应力，确定受力构件是否合格。
2.如权利要求1所述的船用LNG储罐的应力的有限元分析计算方法，其特征在于:步骤A中所述受力构件包括内容器支撑件、鞍座、内加强圈、外加强圈。
3.如权利要求2所述的船用LNG储罐的应力的有限元分析计算方法，其特征在于:步骤A中所述受力构件进行三维建模包括以下步骤:内加强圈和外加强圈采用板壳单元进行简化建模，内容器支撑件采用面-面接触单元模拟建模。
4.如权利要求1所述的船用LNG储罐的应力的有限元分析计算方法，其特征在于:步骤A中所述LNG储罐的设计参数包括内容器和外壳的介质名称、介质密度、工作温度、设计压力、计算压力、设计温度、焊接接头系数、主要受压元件材料、罐体材料许用应力、船舶航行纵向加速度、船舶航行横向加速度、船舶航行垂向加速度、和绝热形式。
5.如权利要求1所述的船用LNG储罐的应力的有限元分析计算方法，其特征在于:步骤A中所述船舶的航行参数包括船舶的长度和宽度、船舶航行分布的形状参数。
6.如权利要求1所述的船用LNG储罐的应力的有限元分析计算方法，其特征在于:步骤B中所述Fill通过船舶在航行过程中的横向惯性载荷计算得到；所述!^通过船舶在航行过程中的纵向惯性载荷计算得到；所述Fe通过船舶在航行过程中的垂向惯性载荷计算得到；所述？_通过船舶在航行过程中的碰撞惯性载荷计算得到。
7.如权利要求1所述的船用LNG储罐的应力的有限元分析计算方法，其特征在于:步骤B中设定LNG储罐的温差载荷Λ T包括以下步骤:设定内容器的温度T ?、外壳的温度T,、空气的温度Ttl,根据T ?、Τ,和Ttl计算得到LNG储罐的温差载荷Λ T0
8.如权利要求1至7任一项所述的船用LNG储罐的应力的有限元分析计算方法，其特征在于:步骤D中所述根据外壳在F储液、F横垂P F横垂2、F纵垂P F纵垂2、F碰撞1、和Faffl2时的应力，确定外壳是否合格包括以下步骤:依次判断外壳在F_、F_ 1、F横垂2、FM 1、F纵垂2、F碰撞1、和Fwi2时的应力是否在许用应力以上，若是，确定外壳不合格，待外壳优化后，重新执行步骤C?步骤D ;否则确定外壳合格。
9.如权利要求1至7任一项所述的船用LNG储罐的应力的有限元分析计算方法，其特征在于:步骤D中所述根据内容器在F储液、F横垂丨、F横垂2、F纵垂丨、F纵垂2、FwilJP Fwi2时的应力，确定内容器是否合格包括以下步骤:依次判断内容器在F储液、F横垂1、F横垂2、FM 1、F纵β 2、F wi 1、和F wi 2时的应力是否在许用应力以上，若是，确定内容器不合格，待外壳优化后，重新执行步骤C?步骤D ;否则确定内容器合格。
10.如权利要求1至7任一项所述的船用LNG储罐的应力的有限元分析计算方法，其特征在于:步骤D中所述根据受力构件在 F储液、F横垂P F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞1、矛口 F碰撞2 W的应力，确定受力构件是否合格包括以下步骤:依次判断受力构件在F <lM、F横e 1、F _ 2、F纵Ii1JM2Jwi1、和Fws2时的应力是否在许用应力以上，若不是确定受力构件合格；否则确定受力构件不合格，待受力构件优化后，重新计算受力构件在F储液、F横垂η F_2、FmP Fa垂2、F碰撞!、和F碰撞2时的应力，重新执行步骤D。
【文档编号】G06F17/50GK104166760SQ201410391207
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年8月8日 优先权日:2014年8月8日
【发明者】黄斌, 沈强, 罗军, 余祥虎, 毛雁兵 申请人:武汉武船重型装备工程有限责任公司