船用lng儲罐的應力的有限元分析計算方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種船用LNG儲罐的應力的有限元分析計算方法，涉及船用LNG儲罐測試領域。該方法包括以下步驟：對船用LNG儲罐進行三圍建模，計算船用LNG儲罐的各個構件在7種不同工況下的應力，將船用LNG儲罐的各個構件的應力和許用應力進行比較后，確定船用LNG儲罐的各個構件是否合格。通過本發(fā)明的方法能夠確定LNG儲罐是否合格，LNG儲罐是否需要進行優(yōu)化，保證LNG儲罐的安全。
【專利說明】船用LNG儲罐的應力的有限元分析計算方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及船用LNG儲罐測試領域，具體涉及一種船用LNG儲罐的應力的有限元分析計算方法。

【背景技術】
[0002]LNG(liquefied natural gas,液化天然氣)是一種清潔、高效的能源。目前，陸地上儲存LNG的儲罐一般采用靜止固定式LNG儲罐的設計規(guī)范，主要參考現(xiàn)有的GB150鋼制壓力容器及其他壓力容器標準。
[0003]但是，如將陸地上采用的LNG儲罐應用到船舶上，由于船舶航行過程中會產(chǎn)生的三個方向上加速度產(chǎn)生的動載影響，而陸地上采用的LNG儲罐并未考慮加速度產(chǎn)生的動載影響，因此，將陸地上采用的LNG儲罐直接用于船舶時，安全會存在一定隱患。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種船用LNG儲罐的應力的有限元分析計算方法，通過本發(fā)明的方法能夠確定LNG儲罐是否合格，LNG儲罐是否需要進行優(yōu)化，保證LNG儲罐的安全。
[0005]為達到以上目的，本發(fā)明采取的技術方案是:一種船用LNG儲罐的應力的有限元分析計算方法，包括以下步驟:
[0006]A、對船用LNG儲罐的外殼、內(nèi)容器和受力構件進行三維建模，加載當前LNG儲罐的設計參數(shù)、以及當前船舶的航行參數(shù)；
[0007]B、定義當前船舶的外殼承受的大氣壓力為P外、內(nèi)容器介質壓力為P內(nèi)、內(nèi)外罐自重為G、LNG液體重量壓力為P靜；
[0008]定義船舶在航行過程中橫向加速的產(chǎn)生的慣性力F橫、船舶在航行過程中縱向加速的產(chǎn)生的慣性力F縱、船舶在航行過程中垂向加速的產(chǎn)生的慣性力F垂、船舶在航行過程中縱向的碰撞載荷產(chǎn)生的慣性力F碰；設定LNG儲罐的溫差載荷Λ T ；
[0009]定義LNG儲罐貯液時的載荷工況為F儲液、LNG儲罐使用的橫垂向載荷工況為F橫垂1、考慮Λ T時LNG儲罐使用的橫垂向載荷工況為F橫垂2 ；
[0010]定義LNG儲罐正常使用的縱垂向載荷工況為F縱垂1、考慮Λ T時LNG儲罐使用的縱垂向載荷工況為F縱垂2 ；
[0011 ] 定義LNG儲罐正常使用的碰撞載荷工況為F碰撞1、考慮Λ T時LNG儲罐使用的碰撞載荷工況為F碰撞2 ；
[0012]C、采集得到外殼、內(nèi)容器和受力構件在F儲液時的P外、P內(nèi)、G和P靜；利用有限元分析計算方法FEM，根據(jù)內(nèi)容器的三維模型、Λ Τ、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、F儲液時的P外、P內(nèi)、G和P靜計算得到內(nèi)容器在F儲液時的應力；利用FEM，根據(jù)外殼的三維模型、Δ T、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、F儲液時的P外、G和P靜計算得到外殼在F儲液時的應力；利用FEM，根據(jù)受力構件的三維模型、Λ Τ、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、F儲液時的P夕卜、P內(nèi)、G和P靜計算得到受力構件在F儲液時的應力；
[0013]采集得到外殼、內(nèi)容器和受力構件在F橫垂I時的P外、P內(nèi)、G、F橫和F垂；利用FEM，根據(jù)內(nèi)容器的三維模型、Λ Τ、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、F橫垂I時的P外、P內(nèi)、G、F橫和F垂計算得到內(nèi)容器在F橫垂I時的應力；利用FEM，根據(jù)外殼的三維模型、Λ Τ、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、F橫垂I時的P外、G、F橫和F垂計算得到外殼在F橫垂I時的應力；利用FEM，根據(jù)受力構件的三維模型、Λ Τ、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、F橫垂I時的P外、P內(nèi)、G、F橫和F垂計算得到受力構件在F橫垂I時的應力；
[0014]采集得到外殼、內(nèi)容器和受力構件在F橫垂2時的P外、P內(nèi)、G、P靜、F橫和F垂；利用FEM，根據(jù)內(nèi)容器的三維模型、Λ Τ、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、F橫垂2時的P外、P內(nèi)、G、P靜、F橫和F垂計算得到內(nèi)容器在F橫垂2時的應力；利用FEM，根據(jù)外殼的三維模型、Λ Τ、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、F橫垂2時的P外、G、P靜、F橫和F垂計算得到外殼在F橫垂2時的應力；利用FEM，根據(jù)受力構件的三維模型、Λ T、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、F橫垂2時的P外、P內(nèi)、G、P靜、F橫和F垂計算得到受力構件在F橫垂2時的應力；
[0015]采集得到外殼、內(nèi)容器和受力構件在F縱垂I時的P外、P內(nèi)、G、F縱和F垂；利用FEM，根據(jù)內(nèi)容器的三維模型、AT、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、F縱垂I時的P外、P內(nèi)、G、F縱和F垂計算得到內(nèi)容器在F縱垂I時的應力；利用FEM，根據(jù)外殼的三維模型、Λ Τ、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、F縱垂I時的P外、G、F縱和F垂計算得到外殼在F縱垂I時的應力；利用FEM，根據(jù)受力構件的三維模型、Λ Τ、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、F縱垂I時的P外、P內(nèi)、G、F縱和F垂計算得到受力構件在F縱垂I時的應力；
[0016]采集得到外殼、內(nèi)容器和受力構件在F縱垂2時的P外、P內(nèi)、G、P靜、F縱和F垂；利用FEM，根據(jù)內(nèi)容器的三維模型、Λ Τ、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、F縱垂2時的P外、P內(nèi)、G、P靜、F縱和F垂計算得到內(nèi)容器在F縱垂2時的應力；利用FEM，根據(jù)外殼的三維模型、Λ Τ、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、F縱垂2時的P外、G、P靜、F縱和F垂計算得到外殼在F縱垂2時的應力；利用FEM，根據(jù)受力構件的三維模型、Λ T、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、F縱垂2時的P外、P內(nèi)、G、P靜、F縱和F垂計算得到受力構件在F縱垂2時的應力；
[0017]采集得到外殼、內(nèi)容器和受力構件在F碰撞I時的P外、P內(nèi)、G和F碰；利用FEM，根據(jù)內(nèi)容器的三維模型、Λ Τ、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、F碰撞I時的P外、P內(nèi)、G和F碰計算得到內(nèi)容器在F碰撞I時的應力；利用FEM，根據(jù)外殼的三維模型、Λ Τ、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、F碰撞I時的P外、G和F碰計算得到外殼在F碰撞I時的應力；利用FEM，根據(jù)受力構件的三維模型、AT、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、F碰撞I時的P外、P內(nèi)、G和F碰計算得到受力構件在F碰撞I時的應力；
[0018]采集得到外殼、內(nèi)容器和受力構件在F碰撞2時的P外、P內(nèi)、G、P靜和F碰；利用FEM，根據(jù)內(nèi)容器的三維模型、Λ Τ、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、F碰撞2時的P外、P內(nèi)、G、P靜和F碰計算得到內(nèi)容器在F碰撞2時的應力；利用FEM，根據(jù)外殼的三維模型、Λ Τ、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、F碰撞2時的P外、G、P靜和F碰計算得到外殼在F碰撞2時的應力；利用FEM，根據(jù)受力構件的三維模型、Λ Τ、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、F碰撞2時的P外、P內(nèi)、G、P靜和F碰計算得到受力構件在F碰撞2時的應力；
[0019]D、根據(jù)外殼在F儲液、F橫垂1、F橫垂2、F縱垂1、F縱垂2、F碰撞1、和F碰撞2時的應力，確定外殼是否合格；根據(jù)內(nèi)容器在F儲液、F橫垂1、F橫垂2、F縱垂1、F縱垂2、F碰撞1、和F碰撞2時的應力，確定內(nèi)容器是否合格；根據(jù)受力構件在F儲液、F橫垂1、F橫垂2、F縱垂1、F縱垂2、F碰撞1、和F碰撞2時的應力，確定受力構件是否合格。
[0020]在上述技術方案的基礎上，步驟A中所述受力構件包括內(nèi)容器支撐件、鞍座、內(nèi)加強圈、外加強圈。
[0021]在上述技術方案的基礎上，步驟A中所述受力構件進行三維建模包括以下步驟:內(nèi)加強圈和外加強圈采用板殼單元進行簡化建模，內(nèi)容器支撐件采用面-面接觸單元模擬建模。
[0022]在上述技術方案的基礎上，步驟A中所述LNG儲罐的設計參數(shù)包括內(nèi)容器和外殼的介質名稱、介質密度、工作溫度、設計壓力、計算壓力、設計溫度、焊接接頭系數(shù)、主要受壓元件材料、罐體材料許用應力、船舶航行縱向加速度、船舶航行橫向加速度、船舶航行垂向加速度、和絕熱形式。
[0023]在上述技術方案的基礎上，步驟A中所述船舶的航行參數(shù)包括船舶的長度和寬度、船舶航行分布的形狀參數(shù)。
[0024]在上述技術方案的基礎上，步驟B中所述F橫通過船舶在航行過程中的橫向慣性載荷計算得到；所述F縱通過船舶在航行過程中的縱向慣性載荷計算得到；所述F垂通過船舶在航行過程中的垂向慣性載荷計算得到；所述F碰通過船舶在航行過程中的碰撞慣性載荷計算得到。
[0025]在上述技術方案的基礎上，步驟B中設定LNG儲罐的溫差載荷Λ T包括以下步驟:設定內(nèi)容器的溫度T內(nèi)、外殼的溫度T外、空氣的溫度Τ0，根據(jù)T內(nèi)、T外和TO計算得到LNG儲罐的溫差載荷Λ T0
[0026]在上述技術方案的基礎上，步驟D中所述根據(jù)外殼在F儲液、F橫垂1、F橫垂2、F縱垂1、F縱垂2、F碰撞1、和F碰撞2時的應力，確定外殼是否合格包括以下步驟:依次判斷外殼在F儲液、F橫垂1、F橫垂2、F縱垂1、F縱垂2、F碰撞1、和F碰撞2時的應力是否在許用應力以上，若是，確定外殼不合格，待外殼優(yōu)化后，重新執(zhí)行步驟C?步驟D ;否則確定外殼合格。
[0027]在上述技術方案的基礎上，步驟D中所述根據(jù)內(nèi)容器在F儲液、F橫垂1、F橫垂2、F縱垂1、F縱垂2、F碰撞1、和F碰撞2時的應力，確定內(nèi)容器是否合格包括以下步驟:依次判斷內(nèi)容器在F儲液、F橫垂1、F橫垂2、F縱垂1、F縱垂2、F碰撞1、和F碰撞2時的應力是否在許用應力以上，若是，確定內(nèi)容器不合格，待外殼優(yōu)化后，重新執(zhí)行步驟C?步驟D ；否則確定內(nèi)容器合格。
[0028]在上述技術方案的基礎上，步驟D中所述根據(jù)受力構件在F儲液、F橫垂1、F橫垂
2、F縱垂1、F縱垂2、F碰撞1、和F碰撞2時的應力，確定受力構件是否合格包括以下步驟:依次判斷受力構件在F儲液、F橫垂1、F橫垂2、F縱垂1、F縱垂2、F碰撞1、和F碰撞2時的應力是否在許用應力以上，若不是確定受力構件合格；否則確定受力構件不合格，待受力構件優(yōu)化后，重新計算受力構件在F儲液、F橫垂1、F橫垂2、F縱垂1、F縱垂2、F碰撞1、和F碰撞2時的應力，重新執(zhí)行步驟D。
[0029]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0030](I)本發(fā)明通過LNG儲罐各個構件在7種工況下的不同載荷，對船用LNG儲罐的各個構件的應力進行計算，本發(fā)明將船用LNG儲罐的各個構件的應力和許用應力進行比較后，確定船用LNG儲罐的各個構件是否合格，進而即時優(yōu)化LNG儲罐的各個構件，保證船用LNG儲罐的安全。
[0031](2)本發(fā)明通過LNG儲罐的設計參數(shù)、船舶的航行參數(shù)、外殼承受的大氣壓力為、內(nèi)容器介質壓力為、內(nèi)外罐自重為、低溫LNG液體重量壓力為、船舶在航行過程中橫向加速的產(chǎn)生的慣性力、縱向加速的產(chǎn)生的慣性力、垂向加速的產(chǎn)生的慣性力，計算LNG儲罐的應力。
[0032]橫向加速的產(chǎn)生的慣性力通過船舶在航行過程中的橫向慣性載荷計算得到；縱向加速的產(chǎn)生的慣性力通過船舶在航行過程中的縱向慣性載荷計算得到；垂向加速的產(chǎn)生的慣性力通過船舶在航行過程中的垂直慣性載荷計算得到。
[0033]綜上所述，本發(fā)明計算LNG儲罐各構件的應力時充分考慮LNG儲罐的擺放位置、船舶航行的方向、船舶航行過程中的橫向、縱向和垂向的動載的疊加作用，計算得到的LNG儲罐各構件的應力比較準確，便于人們精準的對LNG儲罐的各構件進行優(yōu)化，保證船用LNG儲罐使用的安全。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1為本發(fā)明實施例中船用LNG儲罐的結構示意圖。
[0035]圖中:1-內(nèi)容器，2-外殼，3-絕熱層，4-內(nèi)容器支撐件，5-安全閥，6_外部管路，7-支座，8-儲罐連接處所。

【具體實施方式】
[0036]以下結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0037]參見圖1所不,船用LNG儲罐包括外殼2和內(nèi)容器I,外殼2和內(nèi)容器I之間設置有絕熱層3、內(nèi)容器支撐件4和夾層管路，罐體外部設置有外部管路6、安全閥5和儲罐連接處所8，罐體的底部設置有支座7。
[0038]本發(fā)明實施例中的船用LNG儲罐的應力的有限元分析計算方法，包括以下步驟:
[0039]S1:對船用LNG儲罐的外殼、內(nèi)容器和受力構件進行三維建模，加載當前LNG儲罐的設計參數(shù)、以及當前船舶的航行參數(shù)。
[0040]受力構件包括內(nèi)容器支撐件、鞍座、內(nèi)加強圈、外加強圈；內(nèi)加強圈和外加強圈采用板殼單元進行簡化建模，內(nèi)容器支撐件采用面-面接觸單元模擬建模。
[0041]LNG儲罐的設計參數(shù)包括內(nèi)容器和外殼的介質名稱、介質密度、工作溫度、設計壓力、計算壓力、設計溫度、焊接接頭系數(shù)、主要受壓元件材料、罐體材料許用應力、船舶航行三向(縱向、橫向、垂向)加速度和絕熱形式。船舶的航行參數(shù)包括船舶的長度和寬度、船舶航行分布的形狀參數(shù)。
[0042]S2:定義當前船舶的外殼承受的大氣壓力為P#、內(nèi)容器介質壓力為Prt、內(nèi)外罐自重為G、低溫LNG液體重量壓力為P#、船舶在航行過程中橫向加速的產(chǎn)生的慣性力Fe、船舶在航行過程中縱向加速的產(chǎn)生的慣性力F a、船舶在航行過程中垂向加速的產(chǎn)生的慣性力Fβ、船舶在航行過程中縱向的碰撞載荷產(chǎn)生的慣性力F?。
[0043]Fill通過船舶在航行過程中的橫向慣性載荷計算得到；Fa通過船舶在航行過程中的縱向慣性載荷計算得到；Fe通過船舶在航行過程中的垂向慣性載荷計算得到；Fe通過船舶在航行過程中的碰撞慣性載荷計算得到。
[0044]S3:設定內(nèi)容器的溫度T ?、外殼的溫度Τ,、空氣的溫度Ttl，根據(jù)Τ?、Τ,和Ttl計算得到LNG儲罐的溫差載荷Λ T0
[0045]S4:定義LNG儲罐貯液時的載荷工況為F<lia、LNG儲罐使用的橫垂向載荷工況為F橫垂1、考慮Λ T時LNG儲罐使用的橫垂向載荷工況為F橫垂2。
[0046]定義LNG儲罐正常使用的縱垂向載荷工況為Fae1、考慮Λ T時LNG儲罐使用的縱垂向載荷工況為F縱垂2。
[0047]定義LNG儲罐正常使用的碰撞載荷工況為F wi 1、考慮Λ T時LNG儲罐使用的碰撞載荷工況2。
[0048]S5:采集得到外殼、內(nèi)容器和受力構件在F_時的P外、P ?、G和Ρ#。
[0049]利用FEM(Finite Element Method,有限元分析計算方法)，根據(jù)內(nèi)容器的三維模型、Λ Τ、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Filia時的P,、Ρ?、G和P11計算得到內(nèi)容器在Filia時的應力。
[0050]利用FEM，根據(jù)外殼的三維模型、Λ Τ、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Fflia時的P,、G和Plf計算得到外殼在F<tK時的應力。
[0051]利用FEM，根據(jù)受力構件的三維模型、Λ T、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、F儲液時的P外、P ?、G和P靜計算得到受力構件在F儲液時的應力。
[0052]S6:采集得到外殼、內(nèi)容器和受力構件在Filllll時的P外、P內(nèi)、G、F橫和F垂。
[0053]利用FEM，根據(jù)內(nèi)容器的三維模型、Λ Τ、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Fffiei時的P夕卜、P內(nèi)、G、F橫和F垂計算得到內(nèi)容器在F橫垂丨時的應力。
[0054]利用FEM，根據(jù)外殼的三維模型、AT、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Fffiei時的P#、G、F橫和算得到外殼在Filtei時的應力。
[0055]利用FEM，根據(jù)受力構件的三維模型、Λ T、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Feei時的P外、P ?、G、F橫和F垂計算得到受力構件在F橫垂!時的應力。
[0056]S7:采集得到外殼、內(nèi)容器和受力構件在F橫垂2時的Pp P內(nèi)、G、P#、F橫和F垂。
[0057]利用FEM，根據(jù)內(nèi)容器的三維模型、Λ Τ、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Fffie2時的P外、P內(nèi)、G、P #、F橫和F垂計算得到內(nèi)容器在F橫垂2時的應力。
[0058]利用FEM，根據(jù)外殼的三維模型、AT、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Fffie2時的P,、G、P#、F橫和F垂計算得到外殼在Fillll2時的應力。
[0059]利用FEM，根據(jù)受力構件的三維模型、Λ Τ、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Fillll2時的P外、P ?、G、P #、F橫和F垂計算得到受力構件在F橫垂2時的應力。
[0060]S8:采集得到外殼、內(nèi)容器和受力構件在Fsai WWfVPrt、G、FdPFe。
[0061]利用FEM，根據(jù)內(nèi)容器的三維模型、Λ Τ、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Faei時的P外、P內(nèi)、G、F縱和F垂計算得到內(nèi)容器在FM i時的應力。
[0062]利用FEM，根據(jù)外殼的三維模型、AT、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Faei時的P,、6、6|和算得到外殼在Faei時的應力。
[0063]利用FEM，根據(jù)受力構件的三維模型、Λ T、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Faei時的P外、P ?、G、F縱和F垂計算得到受力構件在Fsai時的應力。
[0064]S9:采集得到外殼、內(nèi)容器和受力構件在Fm2時的P外、P內(nèi)、G、P靜、F縱和F垂。
[0065]利用FEM，根據(jù)內(nèi)容器的三維模型、Λ Τ、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Fae2時的P夕卜、P內(nèi)、G、P靜、F縱和F垂計算得到內(nèi)容器在F縱垂2時的應力。
[0066]利用FEM，根據(jù)外殼的三維模型、AT、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Fae2時的P#、G、P靜、F縱和F垂計算得到外殼在Fm2時的應力。
[0067]利用FEM，根據(jù)受力構件的三維模型、Λ T、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Fae2時的P外、P ?、G、P #、F縱和F垂計算得到受力構件在F縱垂2時的應力。
[0068]SlO:采集得到外殼、內(nèi)容器和受力構件在Faffll時的P外、P內(nèi)、G和F碰。
[0069]利用FEM，根據(jù)內(nèi)容器的三維模型、Λ Τ、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Fwil時的P外、P內(nèi)、G和F碰計算得到內(nèi)容器在F碰撞I時的應力。
[0070]利用FEM，根據(jù)外殼的三維模型、AT、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Fwsi時的P,、G和F?計算得到外殼在Fwi!時的應力。
[0071]利用FEM，根據(jù)受力構件的三維模型、Λ Τ、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Fesi時的P外、P ?、G和F碰計算得到受力構件在F wi i時的應力。
[0072]Sll:采集得到外殼、內(nèi)容器和受力構件在Fwi2時的P外、P碰。
[0073]利用FEM，根據(jù)內(nèi)容器的三維模型、Λ Τ、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Fwi2時的P夕卜、P內(nèi)、G、P靜和F碰計算得到內(nèi)容器在F碰撞2時的應力。
[0074]利用FEM，根據(jù)外殼的三維模型、AT、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Fwi2時的Ρ#、GW1^P F?計算得到外殼在Fwi2時的應力。
[0075]利用FEM，根據(jù)受力構件的三維模型、Λ Τ、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Fwi2時的P外、P ?、G、P1^P F碰計算得到受力構件在Fwi2時的應力。
[0076]S12:根據(jù)外殼在F儲液、F橫垂pF橫垂2、F縱垂pF縱垂2、F碰撞丨、和F碰撞2時的應力，確定外殼是否合格:依次判斷外殼在、和Fwg2時的應力是否在許用應力以上，若是，確定外殼不合格，需要進行優(yōu)化，轉到步驟S13，否則確定外殼合格，外殼使用安全，結束。
[0077]根據(jù)內(nèi)各器在F儲液、F橫垂F橫垂2、F縱垂!、F縱垂2、F碰撞!、和F碰撞2時的應力，確定內(nèi)容器是否合格:依次判斷內(nèi)容器在F儲液、F橫垂1、F橫垂2、Fmi, F縱垂2、FwilJP Fwi2時的應力是否在許用應力以上，若是，確定內(nèi)容器需要進行優(yōu)化，轉到步驟S14，否則確定內(nèi)容器合格，內(nèi)容器使用安全，結束。
[0078]根據(jù)受力構件在F儲液、F橫垂1、F橫垂2、F縱垂1、F縱垂2、F碰撞丨、和F碰撞2時的應力，確定受力構件是否合格:依次判斷受力構件在 F儲液、F橫垂P F橫垂2、F縱垂1、F縱垂2、F碰撞1、矛口 F碰撞2 W的應力是否在許用應力以上，若是，確定受力構件需要進行優(yōu)化，轉到步驟S15，否則確定受力構件合格，受力構件使用安全，結束。
[0079]S13:待外殼優(yōu)化后，重新執(zhí)行步驟S5?步驟S12。
[0080]S14:待內(nèi)容器優(yōu)化后，重新執(zhí)行步驟S5?步驟S12。
[0081 ] S15:待受力構件優(yōu)化后，重新計算受力構件在F儲液、F橫垂1、F橫垂2、F縱垂1、F縱垂2、F碰撞!、和F碰撞2時的應力，重新執(zhí)行步驟S12。
[0082]下面，通過I個實施例詳細說明本發(fā)明的方法。
[0083]本發(fā)明實施例中的船用LNG儲罐的應力的有限元分析計算方法，包括以下步驟:
[0084]對船用LNG儲罐的外殼、內(nèi)容器和受力構件進行三維建模，受力構件包括內(nèi)容器支撐件、鞍座、內(nèi)加強圈、外加強圈；加載當前LNG儲罐的設計參數(shù)、以及當前船舶的航行參數(shù)。
[0085]參見表I所示，LNG儲罐的設計參數(shù)包括內(nèi)容器和外殼的介質名稱、介質密度、工作溫度、設計壓力、計算壓力、設計溫度、焊接接頭系數(shù)、主要受壓元件材料、罐體材料許用應力、船舶航行三向加速度和絕熱形式。
[0086]表1、LNG儲罐設計參數(shù)表
[0087]
設計參數(shù)內(nèi)容器外殼 —
介質名稱LNG珠光砂介質密度，Kg/ητ1__470__60_
工作溫度，V— -163?+45 —常溫
設 Ll ik力，MPa__09__敕
UVfIkJj, MPa__L05__-0.10
設 11.溫度，'C__-165__-165 ?+45
火Ytete頭系數(shù)1.00.85
卞耍受川兒作材料__SA-240 304__SA-240 304
罐體材料許用應力，MPa__13X0__137.0.一 ,,、古扣~ 0.442g,/1.187g/1.013g (縱向/橫向/垂向)
船舶航?了二向力口速度，g~~ , ^,, ^尸 Pm&,一~^rr-
_g=9.81ra/S~ (罐體jllfT與船舶航訂一致)
絕熱形式真空粉末絕熱—
[0088]參見表2所示，船舶的航行參數(shù)包括船舶的長度和寬度、船舶航行分布的形狀參數(shù)、儲罐20年使用壽命預期內(nèi)的使用工況說明。
[0089]表2、船舶航行參數(shù)表
[0090]
有關參數(shù)具體數(shù)值船舶的長寬(L/B) m__75.372/14.6_
=l^weillbu11分布的形狀1.0 (由船檢機關同意，下同)
參數(shù)' (h)__
15%設備泊港及檢修期，約3年；即休閑期 —
|l/4時間，90%液體充裝(80-100%)
μ紀妹m主人講徹1/4時間，70%液體充裝(60-80%)
儲S崔20年使用壽命預期內(nèi)的使。^ t//, α,,_ ^η/?從十壯,川 _工％&_85%?_備使1/4時間，50%液_體充裝(40-60%)
用期間 1/4時間，30%液體充裝(20-40%)

另外，]000次/20年的液體充裝(約 __|7 天 I 次)_
[0091]將內(nèi)容器的溫度Trt設定為_165°C、外殼的溫度T,設定為45°C、空氣的溫度Ttl設定為20°C，根據(jù)T ?、T#和Ttl計算得到LNG儲罐的溫差載荷Λ Τ。
[0092]采集得到外殼、內(nèi)容器和受力構件在F<lM時的P外、P內(nèi)、G和P#。
[0093]利用FEM，根據(jù)內(nèi)容器的三維模型、Λ Τ、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Fflia時的P外、P ?、G和P#計算得到內(nèi)容器在F儲液時的應力。
[0094]利用FEM，根據(jù)外殼的三維模型、Λ Τ、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、F<tM時的P#、G和Plf計算得到外殼在F<tK時的應力。
[0095]利用FEM，根據(jù)受力構件的三維模型、Λ T、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、F儲液時的P外、P ?、G和P靜計算得到受力構件在F儲液時的應力。
[0096]采集得到外殼、內(nèi)容器和受力構件在Filllll時的P外、P內(nèi)、G、F橫和F垂。
[0097]利用FEM，根據(jù)內(nèi)容器的三維模型、Λ Τ、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Fffiei時的P夕卜、P內(nèi)、G、F橫和F垂計算得到內(nèi)容器在F橫垂丨時的應力。
[0098]利用FEM，根據(jù)外殼的三維模型、AT、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Fffiei時的P,、G、F橫和算得到外殼在Filtei時的應力。
[0099]利用FEM，根據(jù)受力構件的三維模型、Λ T、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Filllll時的P外、P ?、G、F橫和F垂計算得到受力構件在F橫垂!時的應力。
[0100]采集得到外殼^容器和受力構件在?^時的^^^^卩^?和？#
[0101]利用FEM，根據(jù)內(nèi)容器的三維模型、Λ Τ、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Fffie2時的P外、P內(nèi)、G、P #、F橫和F垂計算得到內(nèi)容器在F橫垂2時的應力。
[0102]利用FEM，根據(jù)外殼的三維模型、AT、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Fffie2時的P,、G、P#、F橫和F垂計算得到外殼在Fillll2時的應力。
[0103]利用FEM，根據(jù)受力構件的三維模型、Λ Τ、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Fffie2時的P外、P ?、G、P #、F橫和F垂計算得到受力構件在F橫垂2時的應力。
[0104]采集得到外殼、內(nèi)容器和受力構件在Fmi WWlVP#、G、F^PFe。
[0105]利用FEM，根據(jù)內(nèi)容器的三維模型、Λ Τ、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Faei時的P外、P內(nèi)、G、F縱和F垂計算得到內(nèi)容器在FM i時的應力。
[0106]利用FEM，根據(jù)外殼的三維模型、AT、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Faei時的P,、
6、6|和算得到外殼在Faei時的應力。
[0107]利用FEM，根據(jù)受力構件的三維模型、Λ T、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Faei時的P外、P ?、G、F縱和F垂計算得到受力構件在Fsai時的應力。
[0108]采集得到外殼、內(nèi)容器和受力構件在F縱垂2時的P外、P內(nèi)、G、P靜、F縱和F垂。
[0109]利用FEM，根據(jù)內(nèi)容器的三維模型、Λ Τ、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Fae2時的P夕卜、P內(nèi)、G、P靜、F縱和F垂計算得到內(nèi)容器在F縱垂2時的應力。
[0110]利用FEM，根據(jù)外殼的三維模型、AT、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Fae2時的P,、G、P靜、F縱和F垂計算得到外殼在Fm2時的應力。
[0111]利用FEM，根據(jù)受力構件的三維模型、AT、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Fae2時的P外、P ?、G、P #、F縱和F垂計算得到受力構件在F縱垂2時的應力。
[0112]采集得到外殼、內(nèi)容器和受力構件在Faffll時的P外、P內(nèi)、G和F碰。
[0113]利用FEM，根據(jù)內(nèi)容器的三維模型、Λ Τ、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Fwil時的P外、P內(nèi)、G和F碰計算得到內(nèi)容器在F碰撞I時的應力。
[0114]利用FEM，根據(jù)外殼的三維模型、AT、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Fwsi時的Ρ#、G和F?計算得到外殼在Fwi!時的應力。
[0115]利用FEM，根據(jù)受力構件的三維模型、Λ T、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Fwsi時的P外、P ?、G和F碰計算得到受力構件在F wi i時的應力。
[0116]采集得到外殼、內(nèi)容器和受力構件在Fwi2時的Pp P內(nèi)、G、P1^P F碰。
[0117]利用FEM，根據(jù)內(nèi)容器的三維模型、Λ Τ、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Fwi2時的P夕卜、P內(nèi)、G、P靜和F碰計算得到內(nèi)容器在F碰撞2時的應力。
[0118]利用FEM，根據(jù)外殼的三維模型、AT、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Fwi2時的Ρ#、GW1^P F?計算得到外殼在Fwi2時的應力。
[0119]利用FEM，根據(jù)受力構件的三維模型、Λ Τ、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Fes2時的P外、P ?、G、P1^P F碰計算得到受力構件在Fwi2時的應力。
[0?20]依次將內(nèi)各器在F儲液、F橫垂F橫垂2、F縱垂丨、F縱垂2、F碰撞丨、和F碰撞2時的應力與許用應力進燈比較，參見表3可知，內(nèi)各器在F儲液、F橫垂F橫垂2、F縱垂F縱垂2、F碰撞丨、和F碰撞2時的應力均未超過許用應力，確定內(nèi)容器設計合格。
[0121 ]依次將內(nèi)加強圈在F儲液、F橫垂F橫垂2、F縱垂丨、F縱垂2、F碰撞丨、和F碰撞2時的應力與許用應力進燈比較，參見表3可知，內(nèi)加強圈在F儲液、F橫垂F橫垂2、F縱垂”F縱垂2、F碰撞1、和F碰撞2時的應力均未超過許用應力，確定內(nèi)加強圈設計合格。
[0122]依次將內(nèi)容器支撐件在F儲液、F橫垂1、F橫垂2、F縱垂1、F縱垂2、F碰撞丨、和F碰撞2時的應力與許用應力進行比較，參見表3可知，內(nèi)容器支撐件在F儲液、F橫垂1、F橫垂2、F縱垂1、F縱垂2、F碰撞
1、和Fws2時的應力均未超過許用應力，確定內(nèi)容器支撐件設計合格。
[〇123]依次將外殼在F儲液、F橫垂1、F橫垂2、F縱垂1、F縱垂2、F碰撞丨、和F碰撞2時的應力與許用應力進行比較，參見表3可知，外殼在F儲液、F橫垂丨、F橫垂2、F縱垂丨、F縱垂2、F碰撞丨、和F碰撞2時的應力均未超過許用應力，確定外殼設計合格。
[0124]依次將外加強圈在F儲液、F橫垂1、F橫垂2、F縱垂1、F縱垂2、F碰撞丨、和F碰撞2時的應力與許用應力進燈比較，參見表3可知,外加強圈在F儲液、F橫垂F橫垂2、F縱垂丨、F縱垂2、F碰撞1、和F碰撞2時的應力均未超過許用應力，確定外加強圈設計合格。
[0125]依次將支座在F儲液、F橫垂1、F橫垂2、F縱垂1、F縱垂2、F碰撞1、和F碰撞2時的應力與許用應力進行比較，參見表3可知，支座在F儲液、F橫垂丨、F橫垂2、F縱垂丨、F縱垂2、F碰撞丨、和F碰撞2時的應力均未超過許用應力，確定支座設計合格。
[0126]表3、內(nèi)容器、夕卜殼和受力構件不同工況下的應力分布表
[0127]

【權利要求】
1.一種船用LNG儲罐的應力的有限元分析計算方法，其特征在于，包括以下步驟: A、對船用LNG儲罐的外殼、內(nèi)容器和受力構件進行三維建模，加載當前LNG儲罐的設計參數(shù)、以及當前船舶的航行參數(shù)； B、定義當前船舶的外殼承受的大氣壓力為P#、內(nèi)容器介質壓力為Prt、內(nèi)外罐自重為G、LNG液體重量壓力為P靜； 定義船舶在航行過程中橫向加速的產(chǎn)生的慣性力Fff1、船舶在航行過程中縱向加速的產(chǎn)生的慣性力Fa、船舶在航行過程中垂向加速的產(chǎn)生的慣性力Fe、船舶在航行過程中縱向的碰撞載荷產(chǎn)生的慣性力Fe ;設定LNG儲罐的溫差載荷Λ T ； 定義LNG儲罐貯液時的載荷工況為F<lia、LNG儲罐使用的橫垂向載荷工況為Fffie1、考慮Λ T時LNG儲罐使用的橫垂向載荷工況為Fee2 ; 定義LNG儲罐正常使用的縱垂向載荷工況為Fae1、考慮Λ T時LNG儲罐使用的縱垂向載荷工況為Fae2 ； 定義LNG儲罐正常使用的碰撞載荷工況為Fwgl、考慮Λ T時LNG儲罐使用的碰撞載荷工況為Fwg2 ； C、采集得到外殼、內(nèi)容器和受力構件時的Ρ#、Ρ?、G和P11;利用有限元分析計算方法FEM，根據(jù)內(nèi)容器的三維模型、Λ Τ、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Filia時的P#、P#、G和Pif計算得到內(nèi)容器在Filia時的應力；利用FEM，根據(jù)外殼的三維模型、Λ T、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Ffl?時的P#、G和P11計算得到外殼在Filia時的應力；利用FEM，根據(jù)受力構件的三維模型、Λ Τ、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、F-時的Ρ#、P ?、G和P11計算得到受力構件在F<lM時的應力； 采集得到外殼、內(nèi)容器和受力構件在Feei時的PpPwGjil^PFe ;利用FEM，根據(jù)內(nèi)容器的三維模型、Λ Τ、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Filllll時的Ρ#、P #、G、Fill和Fe計算得到內(nèi)容器在Fffiei時的應力；利用FEM，根據(jù)外殼的三維模型、Λ Τ、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Feei時的P#、G、Fill和算得到外殼在Fffiei時的應力；利用FEM，根據(jù)受力構件的三維模型、Λ Τ、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Feei時的Ρ#、P #、G、、和Fe計算得到受力構件在Filllll時的應力； 采集得到外殼、內(nèi)容器和受力構件在F_2時的P,、P ?、G、P#、、和Fe ;利用FEM,根據(jù)內(nèi)容器的三維模型、Λ T、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、F 2時的P ,、P ?、G、P #、F胃和Fβ計算得到內(nèi)容器在F?e2時的應力；利用FEM，根據(jù)外殼的三維模型、Λ T、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、F_2時的P,、G、P#、、和算得到外殼在F_2時的應力；利用FEM, ?據(jù)受力構件的三維模型、Λ Τ、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Fee2時的Fe計算得到受力構件在Fifae2時的應力； 采集得到外殼、內(nèi)容器和受力構件在Faei時的PpPwGjs^PFe ;利用FEM，根據(jù)內(nèi)容器的三維模型、Λ Τ、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Faei時的Ρ#、P ?、G、Fe計算得到內(nèi)容器在Faei時的應力；利用FEM，根據(jù)外殼的三維模型、Λ Τ、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Fmi時的Ρ#、6、?和算得到外殼在Fmi時的應力；利用FEM，根據(jù)受力構件的三維模型、Λ Τ、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Faei時的Ρ#、P ?、G、Fe計算得到受力構件在Fsai時的應力； 采集得到外殼、內(nèi)容器和受力構件在Fm2時的P,、P ?、G、P#、Fe ;利用FEM,根據(jù)內(nèi)容器的三維模型、Λ T、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、F 2時的P #、P ?、G、P #、F #和Fβ計算得到內(nèi)容器在Faa2時的應力；利用FEM，根據(jù)外殼的三維模型、Λ Τ、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Fm2時的P,、G、P,算得到外殼在Fae2時的應力；利用FEM,?據(jù)受力構件的三維模型、Λ Τ、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Fae2時的Fe計算得到受力構件在Fae2時的應力； 采集得到外殼、內(nèi)容器和受力構件在Fwil時的P#、P & G和Fe ;利用FEM，根據(jù)內(nèi)容器的三維模型、Λ Τ、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Fwsi時的P^P&G和Fe計算得到內(nèi)容器在Fwsi時的應力；利用FEM，根據(jù)外殼的三維模型、AT、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、FeiSl時的P#、G和F?計算得到外殼在Fwil時的應力；利用FEM，根據(jù)受力構件的三維模型、Δ T、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Fwil時的P#、P 和F?計算得到受力構件在Fwil時的應力； 采集得到外殼、內(nèi)容器和受力構件在Fwi2時的PpPwGjl^P Fe ;利用FEM，根據(jù)內(nèi)容器的三維模型、Λ Τ、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Fwi2時的Ρ#、P ?、G、P1^P Fe計算得到內(nèi)容器在Fes2時的應力；利用FEM，根據(jù)外殼的三維模型、Λ Τ、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Fwi2時的P外、G、P1^P F碰計算得到外殼在Fwi2時的應力；利用FEM，根據(jù)受力構件的三維模型、Λ Τ、加載的設計參數(shù)和航行參數(shù)、Fwi2時的P,、P ?、G、P1^P Fe計算得到受力構件在Fwi2時的應力； D、根據(jù)外殼在F儲液、F橫垂丨、F橫垂2、F縱垂丨、F縱垂2、F碰撞丨、和F碰撞2時的應力，確定外殼是否合格;根據(jù)內(nèi)容器在F儲液、F橫垂1、F橫垂2、F縱垂” F縱垂2、F碰撞丨、和F碰撞2時的應力，確定內(nèi)容器是否合格；根據(jù)受力構件在F儲液、F橫垂F橫垂2、F縱垂F縱垂2、F碰撞丨、和F碰撞2時的應力，確定受力構件是否合格。
2.如權利要求1所述的船用LNG儲罐的應力的有限元分析計算方法，其特征在于:步驟A中所述受力構件包括內(nèi)容器支撐件、鞍座、內(nèi)加強圈、外加強圈。
3.如權利要求2所述的船用LNG儲罐的應力的有限元分析計算方法，其特征在于:步驟A中所述受力構件進行三維建模包括以下步驟:內(nèi)加強圈和外加強圈采用板殼單元進行簡化建模，內(nèi)容器支撐件采用面-面接觸單元模擬建模。
4.如權利要求1所述的船用LNG儲罐的應力的有限元分析計算方法，其特征在于:步驟A中所述LNG儲罐的設計參數(shù)包括內(nèi)容器和外殼的介質名稱、介質密度、工作溫度、設計壓力、計算壓力、設計溫度、焊接接頭系數(shù)、主要受壓元件材料、罐體材料許用應力、船舶航行縱向加速度、船舶航行橫向加速度、船舶航行垂向加速度、和絕熱形式。
5.如權利要求1所述的船用LNG儲罐的應力的有限元分析計算方法，其特征在于:步驟A中所述船舶的航行參數(shù)包括船舶的長度和寬度、船舶航行分布的形狀參數(shù)。
6.如權利要求1所述的船用LNG儲罐的應力的有限元分析計算方法，其特征在于:步驟B中所述Fill通過船舶在航行過程中的橫向慣性載荷計算得到；所述!^通過船舶在航行過程中的縱向慣性載荷計算得到；所述Fe通過船舶在航行過程中的垂向慣性載荷計算得到；所述？_通過船舶在航行過程中的碰撞慣性載荷計算得到。
7.如權利要求1所述的船用LNG儲罐的應力的有限元分析計算方法，其特征在于:步驟B中設定LNG儲罐的溫差載荷Λ T包括以下步驟:設定內(nèi)容器的溫度T ?、外殼的溫度T,、空氣的溫度Ttl,根據(jù)T ?、Τ,和Ttl計算得到LNG儲罐的溫差載荷Λ T0
8.如權利要求1至7任一項所述的船用LNG儲罐的應力的有限元分析計算方法，其特征在于:步驟D中所述根據(jù)外殼在F儲液、F橫垂P F橫垂2、F縱垂P F縱垂2、F碰撞1、和Faffl2時的應力，確定外殼是否合格包括以下步驟:依次判斷外殼在F_、F_ 1、F橫垂2、FM 1、F縱垂2、F碰撞1、和Fwi2時的應力是否在許用應力以上，若是，確定外殼不合格，待外殼優(yōu)化后，重新執(zhí)行步驟C?步驟D ;否則確定外殼合格。
9.如權利要求1至7任一項所述的船用LNG儲罐的應力的有限元分析計算方法，其特征在于:步驟D中所述根據(jù)內(nèi)容器在F儲液、F橫垂丨、F橫垂2、F縱垂丨、F縱垂2、FwilJP Fwi2時的應力，確定內(nèi)容器是否合格包括以下步驟:依次判斷內(nèi)容器在F儲液、F橫垂1、F橫垂2、FM 1、F縱β 2、F wi 1、和F wi 2時的應力是否在許用應力以上，若是，確定內(nèi)容器不合格，待外殼優(yōu)化后，重新執(zhí)行步驟C?步驟D ;否則確定內(nèi)容器合格。
10.如權利要求1至7任一項所述的船用LNG儲罐的應力的有限元分析計算方法，其特征在于:步驟D中所述根據(jù)受力構件在 F儲液、F橫垂P F橫垂2、F縱垂1、F縱垂2、F碰撞1、矛口 F碰撞2 W的應力，確定受力構件是否合格包括以下步驟:依次判斷受力構件在F <lM、F橫e 1、F _ 2、F縱Ii1JM2Jwi1、和Fws2時的應力是否在許用應力以上，若不是確定受力構件合格；否則確定受力構件不合格，待受力構件優(yōu)化后，重新計算受力構件在F儲液、F橫垂η F_2、FmP Fa垂2、F碰撞!、和F碰撞2時的應力，重新執(zhí)行步驟D。
【文檔編號】G06F17/50GK104166760SQ201410391207
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年8月8日 優(yōu)先權日:2014年8月8日
【發(fā)明者】黃斌, 沈強, 羅軍, 余祥虎, 毛雁兵 申請人:武漢武船重型裝備工程有限責任公司