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原文传递液货船液舱晃荡问题研究

论文题名：	液货船液舱晃荡问题研究
关键词：	液货船;晃荡载荷;安全性评估;数值模拟
摘要：	随着世界经济的发展，对于液化天然气（LNG）、液化石油气（LPG）等能源的消费需求也在快速增长，这大大刺激了船舶运输技术的不断提高，从而开发了大型液化天然气船（LNG船）、超大型液化气船（VLGC船）等液货船。大型LNG、VLGC船液舱宽度大，装载深度高，在带来更大装载能力的同时，也带来了一定的安全隐患，其在航行过程中可能发生更剧烈的晃荡，产生的冲击压力会威胁到舱壁以及船体结构的安全。因此，晃荡载荷已经成为大型液货船安全性评估的重要内容之一，如何降低晃荡载荷、保证船舶结构的安全，是当今迫切需要解决的问题。　　针对液货船液舱的晃荡问题，本文主要做了以下工作：　　（1）讨论了数值模拟液体晃荡的基本控制方程以及相应数值方法；　　（2）开展了液舱模型晃荡试验，内容包括试验方法设计、试验结果的分析及评估等，并分别进行了LNG，VLGC船液舱模型晃荡试验，在对试验数据分析的基础上，对比讨论了装载率、激励频率等参数对于晃荡冲击压力的影响；　　（3）计算分析了VLGC船液舱内水平桁、强肋框和制荡舱壁等内部结构对于晃荡压力、内部液体固有频率的影响；　　（4）研究讨论了液舱内部液体密度、粘性以及气体压力等参数对晃荡冲击压力的影响；　　（5）对考虑泵塔结构的LNG液舱模型进行了晃荡试验，试验结果表明泵塔结构不会影响液舱内部液体的固有频率。同时测量了泵塔顶部的受力情况，并与数值方法做了对比，该数值方法首先由Morison公式及晃荡数值模拟得到晃荡载荷，进而对泵塔进行结构强度分析。　　本文研究的创新性可以总结为以下三个方面：　　（1）设计了大型LNG船液舱模型晃荡试验方法，通过分析试验结果表明，LNG液舱70％H高度以上的舱壁是受到晃荡冲击压力最大的危险区域，液舱纵摇运动时，70%H是最危险装载高度；液舱横摇运动时，52.5%H是最危险装载高度，一旦船舶运动频率接近舱内液体固有频率，会产生最大的晃荡冲击压力；　　（2）设计并进行了含有内部结构的VLGC船液舱模型晃荡试验，验证了数值方法的准确性。通过对VLGC液舱数值模型的研究，表明内部结构虽然能够减小共振频率下的晃荡冲击压力，但是，如果某一外部激励频率更接近于含内部结构液舱液体的固有频率，相比不含内部结构的液舱，含内部结构的液舱受到的冲击压力反而可能更大。因此，液舱结构设计时，需结合船舶实际航行工况优化合理的内部结构。　　（3）提出了考虑泵塔结构的LNG液舱模型晃荡试验方法，通过测量晃荡压力和泵塔顶部支座力，分析了泵塔对于晃荡的影响，以及泵塔结构在晃荡载荷下的响应。在此基础上采用液舱晃荡数值模型和Morison公式对泵塔模型结构进行了分析，通过与试验结果的比较，验证了数值方法的准确性。
作者：	蔡忠华
专业：	工程力学
导师：	王德禹
授予学位：	博士
授予学位单位：	上海交通大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文