LNG運輸船總縱極限承載能力研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟的全球化，世界各國之間的貿(mào)易量也越來越大，其中80﹪的貿(mào)易交往是通過海運來實現(xiàn)的，所以船舶運輸起著舉足輕重的作用。在種類繁多的船舶類型中，最引人矚目的是一些大型的具有高附加值的能源資源運輸船舶。本文所要研究的LNG運輸船正是屬于這一范疇。隨著世界對能源需求的加劇，導致LNG運輸船出現(xiàn)了向大型化發(fā)展的趨勢。然而LNG運輸船在大型化的發(fā)展過程中也遇到了很多問題，主要是隨著LNG運輸船越來越大型化，其在服役期間發(fā)生的海損事故的危險性較

2、高，而且如果一旦發(fā)生事故，對海洋的污染和所承擔的索賠可能遠遠高于船舶本身的價值。因此研究LNG運輸船的總縱極限承載能力對保證海運安全有著非常現(xiàn)實的意義。評價LNG運輸船總縱極限承載能力的最重要的指標是極限彎矩，船體結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)的安全設計標準總是以滿足總縱極限承載能力下的最小剖面模數(shù)來表征的安全系數(shù)法為依據(jù)，同時輔之以考核船體各部位局部強度安全指標。這些指標都是基于經(jīng)典的線彈性理論之上的，沒有真正地估算出船體達到崩潰的承載能力，因此它很難決

3、定結(jié)構(gòu)真實的安全性。所以，研究LNG運輸船的總縱極限承載能力，并對其進行參數(shù)分析是相當必要的。這對評估LNG運輸船船體結(jié)構(gòu)的真正安全余量，對充分合理地利用材料、減輕船體結(jié)構(gòu)重量、降低成本、增加裝載能力都具有重要地實用價值，更能夠提高LNG運輸船的經(jīng)濟性。目前，計算船體總縱極限承載能力的方法主要有四類即經(jīng)驗公式直接計算、非線性有限元計算、理想化結(jié)構(gòu)單元法和Smith簡化方法。Smith簡化方法是一種原理相對簡單且計算效率高的數(shù)值方法。其

4、基本出發(fā)點是離散船體剖面成許多小的結(jié)構(gòu)單元，整個剖面的承載能力為各個小的結(jié)構(gòu)單元單獨作用時的承載能力之和。這些單元的力學性能可以通過理論分析、解析推導、有限元分析或試驗得到。分析時采用載荷增量法.在任意載荷水平下，獲得各個結(jié)構(gòu)單元的承載能力，對各個結(jié)構(gòu)單元承載能力對瞬時中和軸之矩求和可的當前載荷水平下船體的總縱彎矩，逐步增加載荷直至達到其總縱極限承載能力。為了預測船體的后總縱極限承載能力，還可以繼續(xù)此迭代過程。所以采用載荷增量法不僅能得

5、到船體的總縱極限承載能力，還可預測其后總縱極限承載能力特點。在對各種方法的特點、優(yōu)缺點進行分析比較的基礎上，選擇Smith簡化方法作為本文計算138000m3LNG運輸船總縱極限承載能力的方法。HULLST和ULS是兩個基于Smith簡化方法理論的用于計算和分析大型船舶總縱極限承載能力問題的程序系統(tǒng)。前者是由日本大阪大學船舶與海洋工程系教授Yao于上世紀90年代開發(fā)出來的，而后者是作者為了采用基于非線性有限元方法的結(jié)構(gòu)單元平均應力應變關

6、系的導出，并且為了解決HULLST使用的不方便和不適用于工程實際應用而采用C++語言在Windows環(huán)境下開發(fā)的基于通用用戶接口標準的計算程序。接著采用ULS和HULLST計算和分析了一艘138000m3LNG運輸船的總縱極限承載能力，得到了一系列非常有價值的數(shù)據(jù)和圖表，例如LNG運輸船的垂向彎矩曲率關系。并將兩者的計算結(jié)果進行了比較,說明了ULS的準確性、有效性和易用性。最后提出了一種基于極限狀態(tài)的LNG運輸船船體結(jié)構(gòu)設計方法。最后

7、，分析了材料的屈服應力和焊接殘余應力對LNG運輸船總縱極限承載能力的影響，并指出材料屈服應力的變化對LNG運輸船的總縱極限承載能力的影響是比較顯著的，但是其總縱極限承載能力并不是隨著材料屈服應力的增加而線性增加，總縱極限承載能力的增長要滯后于材料屈服應力的增長。同時焊接殘余應力對LNG運輸船總縱極限承載能力的影響相對而言是很小的。焊接殘余應力對中拱狀態(tài)下的LNG運輸船總縱極限承載能力的影響大于其對中垂狀態(tài)下的LNG運輸船總縱極限承載能力