大型LNG船液舱晃荡结构动响应研究

在船舶尺度和营运状态与传统条件发生很大变化的情况下,大型液化天然气(LNG)船液舱晃荡研究显得尤为重要.本文分析了NO96型LNG船液舱围护结构的特点,采用显示积分方法研究不同晃荡压力峰值和持续时间的晃荡冲击载荷作用下液舱围护系统结构动响应,得到不同工况下结构的动态失效特性.最后回归基于比例极限和突变永久变形的临界压力载荷公式,并给出液舱围护系统结构设计准则和安全性评估方法建议.     

基于晃荡载荷的液舱结构强度研究

通过液舱晃荡载荷的数值模拟与模型试验对比分析,验证数值模拟方法适用于目标船液舱晃荡载荷的计算。基于晃荡载荷数值计算结果,采用2种方法对晃荡冲击载荷简化处理,对目标船液舱进行动力响应分析,并与规范晃荡载荷下液舱结构响应对比分析,得到液舱结构在晃荡冲击载荷作用下的响应和结构强度评估的工程分析方法,为目标船液舱结构设计提供依据。     

大型LNG船液舱晃荡载荷数值预报和模型试验比较

大型LNG船液舱晃荡冲击载荷的合理预报是液舱结构安全性设计和评估的基础。针对部分装载的LNG船液舱的晃荡载荷开展数值预报方法研究,建立了合理的数值模型和计算方案。通过典型菱形液舱的三维晃荡模型试验,获得LNG液舱在各种运动模式下流体拍击舱壁的冲击载荷特性。在数值计算和对比分析中,首先对舱内液体在各种运动模式下的晃荡固有频率进行了搜索,然后在各个固有频率下进行了变幅值激励和耦合运动激励下的冲击压力计算,得到了不利运动工况下的冲击压力预报结果。数值模拟结果与模型试验结果的比较表明,提出的液舱晃荡数值计算方法能够合理地预报大型LNG船液舱晃荡载荷特征。在此基础上,对各种载液水平和运动模式下大型LNG船液舱内壁的压力分布进行了详细计算,可供液舱围护系统结构设计和安全性评估参考。     

Structural Dynamic Response Study of Large LNG Carriers under Sloshing Impacts in Tanks

文章首先采用非线性有限元方法研究了No.96型LNG船液舱围护结构的极限承载能力,详细分析了不同边界条件下的失效模式.然后采用显示积分方法研究了不同晃荡压力峰值和持续时间的晃荡冲击载荷作用下液舱围护系统结构动响应,得到了不同工况下结构的动态失效特性.最后,回归了基于比例极限和突变永久变形的临界压力载荷公式,并给出了液舱围护系统结构设计准则和安全性评估方法建议.     

大型LNG船液舱晃荡结构动响应研究(英文)

文章首先采用非线性有限元方法研究了No.96型LNG船液舱围护结构的极限承载能力,详细分析了不同边界条件下的失效模式。然后采用显示积分方法研究了不同晃荡压力峰值和持续时间的晃荡冲击载荷作用下液舱围护系统结构动响应,得到了不同工况下结构的动态失效特性。最后,回归了基于比例极限和突变永久变形的临界压力载荷公式,并给出了液舱围护系统结构设计准则和安全性评估方法建议。     

液货舱晃荡仿真及结构强度评估

大型船舶液货舱内的晃荡问题十分突出,为保证大型液货船的营运安全,有必要对晃荡载荷作用下的结构强度评估加以研究。文章首先用Dytran程序对某化学品船液货舱部分装载水平下的液面晃荡进行了仿真,得到监测点处的压力时历曲线以及典型时刻液面状态。仿真结果表明,应用HCSR规范中的简化公式计算晃荡载荷对液货舱大部分区域是合理的,但在高装载率下发生冲顶现象时舱顶角隅处的冲击压力远高于规范值。在此基础上,对晃荡载荷与其他载荷的组合方式、工况及需重点校核的构件进行了初步探讨,并根据此方法对某8万吨化学品船No.4货油舱进行了晃荡载荷作用下的结构评估。     

独立B型LNG船液舱结构晃荡强度研究

采用直接计算法对170 000 m3LNG船的液舱晃荡强度进行评估。建立独立B型LNG船液舱有限元模型,按DNV相应规范计算晃荡载荷并进行结构安全评估。通过使用块单元和接地弹簧单元分别对垫块进行模拟,对比液舱结构在相同晃荡载荷作用下的响应,研究这2种模拟方式对独立B型LNG(SPB型)液舱结构晃荡强度分析的影响。分析结果可为独立B型LNG船(SPB型)的液舱结构晃荡强度评估、液舱结构优化提供有效依据,对同类LNG船的设计开发具有参考意义。     

Investigation of Sloshing and its Effects on Global Responses of a Large LNG Carrier by Experimental Method

液舱中液体晃荡不仅对液舱结构产生内载荷作用,同时也通过与船体运动的耦合对LNG船的波浪载荷产生影响.文章通过某大型LNG船自航模型在波浪中的带液舱运动和波浪载荷试验,研究液舱中液体晃荡特性及其对总体波浪载荷的影响.同时对液舱有水(30%H)状态下的液舱中液体运动周期进行了试验研究,结果发现:在相同排水量和重量分布下,液舱中液体的存在对船体梁垂向振动频率和船体横摇周期都有影响;液舱中液体的运动周期不仅与液舱本身的形状和液面高度有关,还与船模航行时遭遇的浪向以及航速有关;虽然船舶浪向和航速是液舱内液体晃荡对总体波浪载荷产生影响的敏感参数,但总体影响不显著.     

LNG船液舱围护系统结构极限承载力研究

在船舶尺度和营运状态与传统条件发生很大变化的情况下,大型液化天然气船(LNG)液舱晃荡研究显得尤为重要。本文首先介绍了LNG船液舱围护系统的结构特点,然后以15.68万立方LNG船液舱围护系统结构为对象,采用非线性有限元方法计算其极限强度,并比较分析3种边界条件下的结果,最后用试验和解析公式验证本文方法是可行的,适用于工程设计。     

VLCC液舱晃荡仿真及结构响应

当船体在波浪中运动的频率与液舱内液体振动的固有频率相近时,舱内液体将会发生剧烈的运动,即晃荡产生了.在船舶结构设计中,必须要考虑这种晃荡载荷及结构的响应.该文针对一超大型油轮(VLCC)液舱晃荡问题进行了三维仿真模拟.在DNV基于压力的晃荡评估方法的基础上,提出了应用有限元方法和任意拉格朗日-欧拉耦合技术进行该船全生命期内液舱晃荡仿真及强度评估的工程实用的步骤方法.     

薄膜型LNG液舱晃荡压力与结构响应试验

影响薄膜型LNG船大型化的一个关键问题是严重的液舱晃荡冲击压力以及由此引起的复杂和危险的结构动响应,至今模型试验是研究此类问题的最重要的方法。本文以某大型LNG船尺度较大和运动较剧烈的2号液舱为研究对象,设计了精细的三维晃荡试验模型,通过不同载液水平的系列规则和不规则运动激励的晃荡试验研究晃荡冲击压力特性;基于薄膜型液舱围护系统结构性能计算结果,设计四边简支铜板格分析液舱围护系统结构弹性效应;另外,还利用浪高仪测量液舱波面运动情况。试验结果表明不论规则运动激励,还是不规则运动激励,晃荡冲击压力幅值均表现出明显的随机性,工况可能产生远大于单自由度运动工况的晃荡冲击压力。晃荡冲击压力、应力和波面测量结果可为验证晃荡数值方法和液舱围护系统结构设计提供依据。     

晃荡要求对散货船压载舱结构的影响探讨

协调版共同结构规范（CSR-H）对散货船液舱的晃荡强度提出新的要求。针对散货船专用压载舱,通过对晃荡载荷的规范计算,并结合实船统计数据对比,探讨了基于CSR-H的晃荡要求对散货船专用压载舱结构设计的影响,包括有效晃荡长度、有效晃荡宽度和构件尺寸等。     

液舱晃荡载荷数值模拟中的流固耦合影响研究

为了研究大型化后LNG船液舱围护系统结构弹性对液舱内晃荡冲击压力的影响,采用基于显式时间积分方法的有限元/有限体积法程序模拟流体和结构的运动和变形及其相互作用。论述了数值模拟方法及其重要相关参数,以二维矩形刚性液舱模型为例模拟晃荡,得到的结果分别与计算流体程序和试验的结果比较,论证了该数值计算方案的可行性。进一步进行了三维刚性和三维弹性模型的液舱晃荡分析,比较了不同模型对液体运动和舱壁冲击压力的影响。文中研究结果对液舱结构晃荡冲击载荷评估具有参考价值。     

某化学品船液货舱晃荡强度分析

液货舱内液体的晃荡问题是液货船结构分析中一项十分重要的内容。文章根据意大利船级社规范相关规定,对一艘化学品船的两个液货舱进行了晃荡强度方面的校核,为今后液货船船体结构强度的规范审图和设计提供有价值的参考。     

Structural safety assessment procedure for membrane-type LNG CCS considering hydroelasticity effect

As environmental regulations have become more onerous, the demand for LNG and LNG carriers has increased. The LNG cargo containment system (LNG CCS) is one of the most important facilities in LNG carriers, and many membrane types of LNG CCS have been developed so far. Traditionally, sloshing model tests are performed and a series of statistical approaches are used to obtain design sloshing pressures. Then, these design loads are utilized to analyze the structural safety of LNG CCS. In the sloshing model test, the flat and almost rigid plate is used as the LNG CCS instead of a real model, and thus, the hydroelasticity effect cannot be considered. In the present research, the effect of hydroelasticity on sloshing pressure was investigated in a fluid-structure interaction simulation. A wet drop simulation was conducted, and its results subsequently were compared with wet drop experimental test results to ensure their validity. Then, two types of structure model, namely a flat-rigid plate model and a flat-flexible CCS model, were generated to investigate the effect of hydroelasticity. Also, a fluid hitting analysis model was devised to realize the sloshing phenomenon, and the two generated structure models were applied as the structure domain in the analysis. In the fluid hitting simulations, it was found that the hydroelasticity effect on sloshing pressure is significant. Thus, correction factors, which are quantitative values of the effect of hydroelasticity, were derived (and are proposed herein). Finally, a structural safety assessment procedure for consideration of the hydroelasticity effect was derived (and is suggested herein).     

液舱内流体晃荡特性数值研究

本文利用VOF法对矩形液舱内液体晃荡进行数值计算。首先对舱内无任何隔板时液体晃荡作了模拟,并与相关文献中的实验结果进行了比较;然后在舱底中间设置一道不同形式的防晃隔板,对液体晃荡进行了计算。从结算结果看,本文提出的方法可以用于分析液舱内液体的运动和载荷,为设计合理的液舱结构形式提供理论依据。     

Long-term approach for assessment of sloshing loads in LNG carrier,part II: Grouping method

Assessing the sloshing loads has been a significant issue in designing the cargo containment system (CCS) of a liquefied natural gas carrier (LNGC). The sloshing problem contains numerous physical and technical uncertainties. The long-term approach has been suggested to reduce the possible uncertainties, but it has not been a feasible option owing to the incalculable number of experimental cases. Daewoo Shipbuilding and Marine Engineering Co., Ltd., Hyundai Heavy Industry Co., Ltd., Samsung Heavy Industry Co., Ltd., Korean Register, and Seoul National University conducted extensive sloshing model tests for the 174 K S-LNGC. To consider the long-term approach, Part I describes the differences between short- and long-term approaches based on the guidelines of different classification societies. To address the significant number of experimental conditions required for the long-term approach, a grouping method is investigated (Part II). Although this grouping method is typically used in practical design, it has not been validated, and its applicability is yet to be determined. In Part II, the sea states are classified using 16 different grouping methods. The long-term exceedance probabilities and pressures are obtained individually and then compared with the results obtained from fully considering all sea states. After performing the general sloshing model test of the shipbuilding industry, the sloshing impact pressure of a liquefied natural gas cargo model is measured via 6DoF irregular simulations, where the upper section of the cargo hold structure is considered. Long-term pressures are locally and globally investigated and compared among 16 different sea states and all the sea states. Based on the results, the best grouping method is suggested for the long-term approach.     

矩形水舱流体晃荡的水动力特性的试验研究

本文根据在上海交通大学船舶及海洋工程系船舶流体力学实验室进行的模型试验,论述了无制荡结构及具有内部制荡结构(制荡隔壁,深甲板梁——制荡板和船底宽肋板)时的水动力特性。对制荡效果作了讨论。 文中对试验数据进行了分析比较,与理论值及别的试验结果的比较表明,本文的试验结果是令人满意的。文中对试验数据进行了回归分析,得出可供设计参考的经验公式。最后对油船设计中如何考虑舱内流体的晃荡载荷提出建议。