船用LNG帶冷箱燃料罐強(qiáng)度仿真分析

孫 堅， 王嘉明， 季少偉， 謝仁杰

(1.中國船級社江陰辦事處， 江蘇 江陰 214431； 2.江南造船(集團(tuán))有限責(zé)任公司， 上海 201913)

0 引 言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，中國的環(huán)境污染治理問題已迫在眉睫，新型清潔能源的推廣使用是大勢所趨。LNG因其熱值大、性能高、清潔等特性，正在逐步取代煤、石油等污染嚴(yán)重的傳統(tǒng)燃料[1-2]。LNG為低溫液體，在裝卸、運輸過程中有一定的安全隱患，通常需采用特殊的罐體裝載、運輸。隨著LNG的推廣，LNG的使用對象越來越多，運輸載體和手段越來越豐富，這些都對LNG燃料罐體的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和建造質(zhì)量提出新的要求[3-4]。在船舶行駛過程中，LNG燃料罐內(nèi)的壓力會升高，這就要求LNG燃料罐在設(shè)計過程中須保證其在一定的壓力下可正常工作。

本文對LNG帶冷箱燃料罐開展研究，考慮其在貨物載荷、慣性載荷的作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，并對其筒體、封頭、內(nèi)外容器間的支撐結(jié)構(gòu)以及鞍座等結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度分析，為后續(xù)船用LNG燃料罐的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計提供計算依據(jù)。

1 有限元模型

以某船用11 m3的LNG燃料罐為研究對象，該燃料罐體為8點支撐內(nèi)外罐結(jié)構(gòu)。為阻隔熱量傳遞，內(nèi)外罐體之間設(shè)計為真空狀態(tài)，并通過玻璃鋼支撐件連接。該燃料罐有效容積為11 m3，結(jié)構(gòu)總長為7.3 m，內(nèi)容器內(nèi)徑為2.0 m，外殼內(nèi)徑為2.2 m，內(nèi)容器和外容器均有加強(qiáng)角鋼。罐體左側(cè)和右側(cè)各有一冷箱，焊接于罐體，左冷箱長為1.78 m，右冷箱長為1.52 m。

根據(jù)相關(guān)圖紙，充分考慮燃料罐的結(jié)構(gòu)特點，利用有限元軟件建立整體結(jié)構(gòu)三維有限元模型，內(nèi)外筒體、冷箱、鞍座墊板、防沖板、腹板、筋板和底板等結(jié)構(gòu)均采用殼單元，支撐管、固定管、墊板等采用體單元[5-7]。……