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船用LNG储罐在晃荡载荷作用下的动力响应分析
| 论文题名： | 船用LNG储罐在晃荡载荷作用下的动力响应分析 |
| 关键词： | 冲击载荷;液化天然气;船用储罐;动力响应分析;压力容器 |
| 摘要： | 随着经济全球化和石油化工业的迅猛发展，世界各国对于液化石油气的需求越来越大。液化天然气（LNG）作为一种清洁高效的能源，不但价格相对低廉，而且全球存储、待开采量大，是低碳经济的重要支柱，成为全球增长最迅猛的能源之一，但是由此引发的LNG压力容器的安全性也越来越受到更多国家的重视。 LNG船在运行时LNG储罐不仅要承受内压或外压，一些突发工况下还会受到惯性荷载及其介质晃动引起的冲击荷载，且属于第三类压力容器（危险等级高）。根据技术要求，应该考虑一些极限工况下的影响，分析其位移、应力、加速度等指标随时间变化的规律，对LNG船的行驶稳定、安全性、设计及优化有着极为重要的影响。 本文根据一具体项目通过ANSYS有限元软件建立了LNG储罐的三维有限元模型，根据现有动力学、冲击、晃动及动力响应等理论，讨论并确定了LNG储罐的动力响应分析法；根据中国船级社的规范及技术要求，确定了LNG储罐的四种极限工况（即最大惯性力与额定质量的规定）。本文首先进行了空罐和满罐状态下的模态分析，而后根据船级社及压力容器的规范要求，计算了四种极限工况的最大惯性力（作为冲击力的峰值），采用随时间减小的三角形脉冲载荷，在此基础上对其进行瞬态动力学分析。结果表明： LNG储罐在空罐和满罐两种状态下固有频率都随着阶数的增长逐渐上升，但上升的趋势逐步变慢；满罐状态下所对应阶数的固有频率大于空罐状态下对应阶数的固有频率，即液体的存在使得储罐的固有频率提高了； 位移变形最大值的响应位置并没有与力的加载区域相对应，响应最大值保持在冲击力最大值的时刻；在冲击力逐渐减小到零的过程中，位移响应值并没有随着力的减小而降为零，而是最终在某个时刻保持在了一个稳定值；在加载区域一定时，位移响应随着时间的变化并没有表现在一个固定区域上，而是随时间的变化而变化； 应力最大值响应位置并没有和位移最大响应位置保持同步，基本分布在玻璃钢支撑点位置周边，这与支撑约束有关；当冲击力从最大值减小到零的过程中，应力值并未因此减小到零，而是保持在了一个稳定值；整个应力响应与位移响应过程不同，应力响应位置、面积并未随时间而变化，而是保持在储罐玻璃钢支撑处； 相同的冲击力加载到储罐不同的位置，其加速度响应最大值出现在同一时刻（0.02s）；加速度响应值并没有体现在储罐整个响应周期以内，而是在0.5s以后，其值都几乎归于零值；在加速度响应值出现最大时刻时，其响应面积达到最大；整个加速度响应中，最大值所在位置并未表现在加载区域。 |
| 作者： | 李鹏 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 张明松 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 三峡大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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