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液化气船整船和舱段三维有限元万博max官网手机版

发布于:2016-09-18 18:05
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      液化气(lique fied petroleum gas LPG)船是一种新型高附加值船舶,具有广阔的市场发展前景。LPG船在结构上具有与一般船舶不同的特点,其所载的液化气罐在船舱中占有很大的空间,而且这类船舶的结构安全性能要求较高。对于这类新型船舶,传统的船舶设计规范已很难完全满足设计要求,故对LPG船的结构进行万博max官网手机版是很有必要的。
      对整船的结构作万博max官网手机版_NO.1,可得到船体结构的总纵强度分布,了解船体在其使用工况下的船体应力状态和变形状态,发现船体结构应力较高的部位。在整船结构万博max官网手机版_NO.1的基础上,选取船体的中部结构在典型工况下进行三维舱段的结构万博max官网手机版_NO.1,可作为整船分析的补充,重点分析舱段的局部强度了解总强度对局部强度的影响。按规范设计时总强度的判断是采用船体梁剖面模数理论,即认为距离横剖面中和轴相等的构件应力值是相同的,认为甲板或底部构件沿船宽方向应力是一致的。
      实际上船体沿宽度方向的应力是变化的,在有开孔部位和特殊结构连接部位应力变化较大。此外,船体沿船长方向结构连接也会影响到船体结构舷侧壳板的剪力分布,船壳线型变化较大部位都可能引起较大剪力变化。故对整船作万博max官网手机版_NO.1可视为规范设计的一种补充手段,通过分析揭示结构应力分布的不均匀性,及时发现船体高应力部位,使设计者能根据船体的应力分布状态合理地使用材料,对高应力部位及早采取措施。此外,整船分析能真实地预报船体变形,便于对船体变形有特殊要求的部位进行控制。
      本研究对液化气船的船体结构强度进行了分析,建立了整船和船体主舱段的三维有限元结构模型,使用节点力的自动加载技术和惯性平衡处理技术建立有限元模型的节点载荷,对整船模型进行三维万博max官网手机版_NO.1,在中拱和中垂弯矩作用下,计算出船体在压载和满载工况下的船体应力和变形。通过对船体舱段的边界处理技术,对受船体总强度影响的船体舱段局部强度进行了分析,从而对船体强度作出判断。
      船体在航行中分别承受着静水压力、波浪压力、重力和货物载荷等力的作用,从而产生船体的静水弯矩和波浪弯矩。不同的静水弯矩和波浪弯矩的叠加,构成了对应的各种外力计算工况,如压载状态中拱波浪弯矩工况、压载状态中垂波浪弯矩工况、满载状态中拱波浪弯矩工况和满载状态中垂波浪弯矩工况等,这些都是船舶运行中的典型工况。
      由船体的吃水状态可获得沿船长的静水弯矩分布,根据船体的装载状态可计算出作用在船体上的重力和货物载荷,通过对船舶进行波浪弯矩预报和计算,得到波浪作用下沿船长分布的中拱和中垂波浪弯矩值,以上各种载荷的组合就构成了作用于船体的外载荷。船舶在波浪中航行时,受到波浪力和静水力的合成作用,它们作为分布压力垂直作用于船体的外表面。船舶和波浪的遭遇是随机的,波浪也是不规则的,因而波浪力根据波浪方向的不同而来自各个方向。
      根据船体波浪弯矩预报结果可得到波浪弯矩预报值和水动压力(包括波浪力和静水力)沿船体外表面的分布。在LPG船的液罐内装载着液化气,在压载状态下船体两侧压载舱内还装载着压载水,根据液化气和海水的比重及其液面高度可得到液罐和压载舱内表面的压力分布。
      结构表面压力分布转化为节点力通过节点力自动加载技术,将作用于船体结构上的各种载荷转化为节点集中力以用于有限元计算。这主要运用了线性分布载荷积分方法,对于船体有压力分布的任意结构表面,可构成一系列三角形单元(四边形单元可化为三角形单元)。对每一三角形单元可建立局部坐标系,对应的载荷强度分别为P1,PZ,P3,则这三个顶点的等效节点力F1,FZ,F,按如下原则求得:(1)构造一函数G,对三角形ABC所受的面压力;(2)三角形的节点力合力和所产生的合力矩与承受的分布力等效;(3)将求出的F1,FZ,F3转换成总坐标下的节点力,并将各单元在同一节点上所产生的等效节点力相叠加,即可得到该节点的节点力。


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