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原文传递 LNG运输船总纵极限承载能力研究

论文题名：	LNG运输船总纵极限承载能力研究
关键词：	天然气运输船;极限承载力;非线性有限元;船体结构
摘要：	随着经济的全球化，世界各国之间的贸易量也越来越大，其中80﹪的贸易交往是通过海运来实现的，所以船舶运输起着举足轻重的作用。在种类繁多的船舶类型中，最引人瞩目的是一些大型的具有高附加值的能源资源运输船舶。本文所要研究的LNG运输船正是属于这一范畴。随着世界对能源需求的加剧，导致LNG运输船出现了向大型化发展的趋势。然而LNG运输船在大型化的发展过程中也遇到了很多问题，主要是随着LNG运输船越来越大型化，其在服役期间发生的海损事故的危险性较高，而且如果一旦发生事故，对海洋的污染和所承担的索赔可能远远高于船舶本身的价值。因此研究LNG运输船的总纵极限承载能力对保证海运安全有着非常现实的意义。评价LNG运输船总纵极限承载能力的最重要的指标是极限弯矩，船体结构传统的安全设计标准总是以满足总纵极限承载能力下的最小剖面模数来表征的安全系数法为依据，同时辅之以考核船体各部位局部强度安全指标。这些指标都是基于经典的线弹性理论之上的，没有真正地估算出船体达到崩溃的承载能力，因此它很难决定结构真实的安全性。所以，研究LNG运输船的总纵极限承载能力，并对其进行参数分析是相当必要的。这对评估LNG运输船船体结构的真正安全余量，对充分合理地利用材料、减轻船体结构重量、降低成本、增加装载能力都具有重要地实用价值，更能够提高LNG运输船的经济性。目前，计算船体总纵极限承载能力的方法主要有四类即经验公式直接计算、非线性有限元计算、理想化结构单元法和Smith简化方法。Smith简化方法是一种原理相对简单且计算效率高的数值方法。其基本出发点是离散船体剖面成许多小的结构单元，整个剖面的承载能力为各个小的结构单元单独作用时的承载能力之和。这些单元的力学性能可以通过理论分析、解析推导、有限元分析或试验得到。分析时采用载荷增量法.在任意载荷水平下，获得各个结构单元的承载能力，对各个结构单元承载能力对瞬时中和轴之矩求和可的当前载荷水平下船体的总纵弯矩，逐步增加载荷直至达到其总纵极限承载能力。为了预测船体的后总纵极限承载能力，还可以继续此迭代过程。所以采用载荷增量法不仅能得到船体的总纵极限承载能力，还可预测其后总纵极限承载能力特点。在对各种方法的特点、优缺点进行分析比较的基础上，选择Smith简化方法作为本文计算138000m3LNG运输船总纵极限承载能力的方法。HULLST和ULS是两个基于Smith简化方法理论的用于计算和分析大型船舶总纵极限承载能力问题的程序系统。前者是由日本大阪大学船舶与海洋工程系教授Yao于上世纪90年代开发出来的，而后者是作者为了采用基于非线性有限元方法的结构单元平均应力应变关系的导出，并且为了解决HULLST使用的不方便和不适用于工程实际应用而采用C++语言在Windows环境下开发的基于通用用户接口标准的计算程序。接着采用ULS和HULLST计算和分析了一艘138000m3LNG运输船的总纵极限承载能力，得到了一系列非常有价值的数据和图表，例如LNG运输船的垂向弯矩曲率关系。并将两者的计算结果进行了比较,说明了ULS的准确性、有效性和易用性。最后提出了一种基于极限状态的LNG运输船船体结构设计方法。最后，分析了材料的屈服应力和焊接残余应力对LNG运输船总纵极限承载能力的影响，并指出材料屈服应力的变化对LNG运输船的总纵极限承载能力的影响是比较显著的，但是其总纵极限承载能力并不是随着材料屈服应力的增加而线性增加，总纵极限承载能力的增长要滞后于材料屈服应力的增长。同时焊接残余应力对LNG运输船总纵极限承载能力的影响相对而言是很小的。焊接残余应力对中拱状态下的LNG运输船总纵极限承载能力的影响大于其对中垂状态下的LNG运输船总纵极限承载能力的影响。在LNG运输船的建造过程中，应该尽可能的减少由焊接引起的残余应力。
作者：	唐万明
专业：	船舶与海洋结构物设计制造
导师：	赵耀
授予学位：	硕士
授予学位单位：	华中科技大学
学位年度：	2005
正文语种：	中文