LNG運(yùn)輸船總縱極限承載能力研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)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(yùn)來實(shí)現(xiàn)的，所以船舶運(yùn)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(yùn)輸船舶。本文所要研究的LNG運(yùn)輸船正是屬于這一范疇。隨著世界對(duì)能源需求的加劇，導(dǎo)致LNG運(yùn)輸船出現(xiàn)了向大型化發(fā)展的趨勢(shì)。然而LNG運(yùn)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(yùn)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(xiǎn)性較

2、高，而且如果一旦發(fā)生事故，對(duì)海洋的污染和所承擔(dān)的索賠可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于船舶本身的價(jià)值。因此研究LNG運(yùn)輸船的總縱極限承載能力對(duì)保證海運(yùn)安全有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義。評(píng)價(jià)LNG運(yùn)輸船總縱極限承載能力的最重要的指標(biāo)是極限彎矩，船體結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)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(shí)輔之以考核船體各部位局部強(qiáng)度安全指標(biāo)。這些指標(biāo)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(dá)到崩潰的承載能力，因此它很難決

3、定結(jié)構(gòu)真實(shí)的安全性。所以，研究LNG運(yùn)輸船的總縱極限承載能力，并對(duì)其進(jìn)行參數(shù)分析是相當(dāng)必要的。這對(duì)評(píng)估LNG運(yùn)輸船船體結(jié)構(gòu)的真正安全余量，對(duì)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(shí)用價(jià)值，更能夠提高LNG運(yùn)輸船的經(jīng)濟(jì)性。目前，計(jì)算船體總縱極限承載能力的方法主要有四類即經(jīng)驗(yàn)公式直接計(jì)算、非線性有限元計(jì)算、理想化結(jié)構(gòu)單元法和Smith簡(jiǎn)化方法。Smith簡(jiǎn)化方法是一種原理相對(duì)簡(jiǎn)單且計(jì)算效率高的數(shù)值方法。其

4、基本出發(fā)點(diǎn)是離散船體剖面成許多小的結(jié)構(gòu)單元，整個(gè)剖面的承載能力為各個(gè)小的結(jié)構(gòu)單元單獨(dú)作用時(shí)的承載能力之和。這些單元的力學(xué)性能可以通過理論分析、解析推導(dǎo)、有限元分析或試驗(yàn)得到。分析時(shí)采用載荷增量法.在任意載荷水平下，獲得各個(gè)結(jié)構(gòu)單元的承載能力，對(duì)各個(gè)結(jié)構(gòu)單元承載能力對(duì)瞬時(shí)中和軸之矩求和可的當(dāng)前載荷水平下船體的總縱彎矩，逐步增加載荷直至達(dá)到其總縱極限承載能力。為了預(yù)測(cè)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(yù)測(cè)其后總縱極限承載能力特點(diǎn)。在對(duì)各種方法的特點(diǎn)、優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析比較的基礎(chǔ)上，選擇Smith簡(jiǎn)化方法作為本文計(jì)算138000m3LNG運(yùn)輸船總縱極限承載能力的方法。HULLST和ULS是兩個(gè)基于Smith簡(jiǎn)化方法理論的用于計(jì)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(xué)船舶與海洋工程系教授Yao于上世紀(jì)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(yīng)力應(yīng)變關(guān)

6、系的導(dǎo)出，并且為了解決HULLST使用的不方便和不適用于工程實(shí)際應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算程序。接著采用ULS和HULLST計(jì)算和分析了一艘138000m3LNG運(yùn)輸船的總縱極限承載能力，得到了一系列非常有價(jià)值的數(shù)據(jù)和圖表，例如LNG運(yùn)輸船的垂向彎矩曲率關(guān)系。并將兩者的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較,說明了ULS的準(zhǔn)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(yùn)輸船船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。最后

7、，分析了材料的屈服應(yīng)力和焊接殘余應(yīng)力對(duì)LNG運(yùn)輸船總縱極限承載能力的影響，并指出材料屈服應(yīng)力的變化對(duì)LNG運(yùn)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(yīng)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(yīng)力的增長。同時(shí)焊接殘余應(yīng)力對(duì)LNG運(yùn)輸船總縱極限承載能力的影響相對(duì)而言是很小的。焊接殘余應(yīng)力對(duì)中拱狀態(tài)下的LNG運(yùn)輸船總縱極限承載能力的影響大于其對(duì)中垂?fàn)顟B(tài)下的LNG運(yùn)輸船總縱極限承載能力