CN104166760B - 船用lng储罐的应力的有限元分析计算方法 - Google Patents

船用lng储罐的应力的有限元分析计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种船用LNG储罐的应力的有限元分析计算方法，涉及船用LNG储罐测试领域。该方法包括以下步骤：对船用LNG储罐进行三围建模，计算船用LNG储罐的各个构件在7种不同工况下的应力，将船用LNG储罐的各个构件的应力和许用应力进行比较后，确定船用LNG储罐的各个构件是否合格。通过本发明的方法能够确定LNG储罐是否合格，LNG储罐是否需要进行优化，保证LNG储罐的安全。

Description

船用LNG储罐的应力的有限元分析计算方法
技术领域
本发明涉及船用LNG储罐测试领域，具体涉及一种船用LNG储罐的应力的有限元分析计算方法。
背景技术
LNG(liquefied natural gas，液化天然气)是一种清洁、高效的能源。目前，陆地上储存LNG的储罐一般采用静止固定式LNG储罐的设计规范，主要参考现有的GB150钢制压力容器及其他压力容器标准。
但是，如将陆地上采用的LNG储罐应用到船舶上，由于船舶航行过程中会产生的三个方向上加速度产生的动载影响，而陆地上采用的LNG储罐并未考虑加速度产生的动载影响，因此，将陆地上采用的LNG储罐直接用于船舶时，安全会存在一定隐患。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种船用LNG储罐的应力的有限元分析计算方法，通过本发明的方法能够确定LNG储罐是否合格，LNG储罐是否需要进行优化，保证LNG储罐的安全。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种船用LNG储罐的应力的有限元分析计算方法，包括以下步骤：
A、对船用LNG储罐的外壳、内容器和受力构件进行三维建模，加载当前LNG储罐的设计参数、以及当前船舶的航行参数；
B、定义当前船舶的外壳承受的大气压力为P外、内容器介质压力为P内、内外罐自重为G、LNG液体重量压力为P静；
定义船舶在航行过程中横向加速的产生的惯性力F横、船舶在航行过程中纵向加速的产生的惯性力F纵、船舶在航行过程中垂向加速的产生的惯性力F垂、船舶在航行过程中纵向的碰撞载荷产生的惯性力F碰；设定LNG储罐的温差载荷△T；
定义LNG储罐贮液时的载荷工况为F储液、LNG储罐使用的横垂向载荷工况为F横垂1、考虑△T时LNG储罐使用的横垂向载荷工况为F横垂2；
定义LNG储罐正常使用的纵垂向载荷工况为F纵垂1、考虑△T时LNG储罐使用的纵垂向载荷工况为F纵垂2；
定义LNG储罐正常使用的碰撞载荷工况为F碰撞1、考虑△T时LNG储罐使用的碰撞载荷工况为F碰撞2；
C、采集得到外壳、内容器和受力构件在F储液时的P外、P内、G和P静；利用有限元分析计算方法FEM，根据内容器的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F储液时的P外、P内、G和P静计算得到内容器在F储液时的应力；利用FEM，根据外壳的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F储液时的P外、G和P静计算得到外壳在F储液时的应力；利用FEM，根据受力构件的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F储液时的P外、P内、G和P静计算得到受力构件在F储液时的应力；
采集得到外壳、内容器和受力构件在F横垂1时的P外、P内、G、F横和F垂；利用FEM，根据内容器的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F横垂1时的P外、P内、G、F横和F垂计算得到内容器在F横垂1时的应力；利用FEM，根据外壳的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F横垂1时的P外、G、F横和F垂计算得到外壳在F横垂1时的应力；利用FEM，根据受力构件的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F横垂1时的P外、P内、G、F横和F垂计算得到受力构件在F横垂1时的应力；
采集得到外壳、内容器和受力构件在F横垂2时的P外、P内、G、P静、F横和F垂；利用FEM，根据内容器的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F横垂2时的P外、P内、G、P静、F横和F垂计算得到内容器在F横垂2时的应力；利用FEM，根据外壳的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F横垂2时的P外、G、P静、F横和F垂计算得到外壳在F横垂2时的应力；利用FEM，根据受力构件的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F横垂2时的P外、P内、G、P静、F横和F垂计算得到受力构件在F横垂2时的应力；
采集得到外壳、内容器和受力构件在F纵垂1时的P外、P内、G、F纵和F垂；利用FEM，根据内容器的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F纵垂1时的P外、P内、G、F纵和F垂计算得到内容器在F纵垂1时的应力；利用FEM，根据外壳的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F纵垂1时的P外、G、F纵和F垂计算得到外壳在F纵垂1时的应力；利用FEM，根据受力构件的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F纵垂1时的P外、P内、G、F纵和F垂计算得到受力构件在F纵垂1时的应力；
采集得到外壳、内容器和受力构件在F纵垂2时的P外、P内、G、P静、F纵和F垂；利用FEM，根据内容器的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F纵垂2时的P外、P内、G、P静、F纵和F垂计算得到内容器在F纵垂2时的应力；利用FEM，根据外壳的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F纵垂2时的P外、G、P静、F纵和F垂计算得到外壳在F纵垂2时的应力；利用FEM，根据受力构件的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F纵垂2时的P外、P内、G、P静、F纵和F垂计算得到受力构件在F纵垂2时的应力；
采集得到外壳、内容器和受力构件在F碰撞1时的P外、P内、G和F碰；利用FEM，根据内容器的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F碰撞1时的P外、P内、G和F碰计算得到内容器在F碰撞1时的应力；利用FEM，根据外壳的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F碰撞1时的P外、G和F碰计算得到外壳在F碰撞1时的应力；利用FEM，根据受力构件的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F碰撞1时的P外、P内、G和F碰计算得到受力构件在F碰撞1时的应力；
采集得到外壳、内容器和受力构件在F碰撞2时的P外、P内、G、P静和F碰；利用FEM，根据内容器的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F碰撞2时的P外、P内、G、P静和F碰计算得到内容器在F碰撞2时的应力；利用FEM，根据外壳的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F碰撞2时的P外、G、P静和F碰计算得到外壳在F碰撞2时的应力；利用FEM，根据受力构件的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F碰撞2时的P外、P内、G、P静和F碰计算得到受力构件在F碰撞2时的应力；
D、根据外壳在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞1、和F碰撞2时的应力，确定外壳是否合格；根据内容器在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞1、和F碰撞2时的应力，确定内容器是否合格；根据受力构件在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞1、和F碰撞2时的应力，确定受力构件是否合格。
在上述技术方案的基础上，步骤A中所述受力构件包括内容器支撑件、鞍座、内加强圈、外加强圈。
在上述技术方案的基础上，步骤A中所述受力构件进行三维建模包括以下步骤：内加强圈和外加强圈采用板壳单元进行简化建模，内容器支撑件采用面-面接触单元模拟建模。
在上述技术方案的基础上，步骤A中所述LNG储罐的设计参数包括内容器和外壳的介质名称、介质密度、工作温度、设计压力、计算压力、设计温度、焊接接头系数、主要受压元件材料、罐体材料许用应力、船舶航行纵向加速度、船舶航行横向加速度、船舶航行垂向加速度、和绝热形式。
在上述技术方案的基础上，步骤A中所述船舶的航行参数包括船舶的长度和宽度、船舶航行分布的形状参数。
在上述技术方案的基础上，步骤B中所述F横通过船舶在航行过程中的横向惯性载荷计算得到；所述F纵通过船舶在航行过程中的纵向惯性载荷计算得到；所述F垂通过船舶在航行过程中的垂向惯性载荷计算得到；所述F碰通过船舶在航行过程中的碰撞惯性载荷计算得到。
在上述技术方案的基础上，步骤B中设定LNG储罐的温差载荷△T包括以下步骤：设定内容器的温度T内、外壳的温度T外、空气的温度T0，根据T内、T外和T0计算得到LNG储罐的温差载荷△T。
在上述技术方案的基础上，步骤D中所述根据外壳在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞1、和F碰撞2时的应力，确定外壳是否合格包括以下步骤：依次判断外壳在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞1、和F碰撞2时的应力是否在许用应力以上，若是，确定外壳不合格，待外壳优化后，重新执行步骤C～步骤D；否则确定外壳合格。
在上述技术方案的基础上，步骤D中所述根据内容器在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞1、和F碰撞2时的应力，确定内容器是否合格包括以下步骤：依次判断内容器在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞1、和F碰撞2时的应力是否在许用应力以上，若是，确定内容器不合格，待外壳优化后，重新执行步骤C～步骤D；否则确定内容器合格。
在上述技术方案的基础上，步骤D中所述根据受力构件在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞1、和F碰撞2时的应力，确定受力构件是否合格包括以下步骤：依次判断受力构件在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞1、和F碰撞2时的应力是否在许用应力以上，若不是确定受力构件合格；否则确定受力构件不合格，待受力构件优化后，重新计算受力构件在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞1、和F碰撞2时的应力，重新执行步骤D。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明通过LNG储罐各个构件在7种工况下的不同载荷，对船用LNG储罐的各个构件的应力进行计算，本发明将船用LNG储罐的各个构件的应力和许用应力进行比较后，确定船用LNG储罐的各个构件是否合格，进而即时优化LNG储罐的各个构件，保证船用LNG储罐的安全。
(2)本发明通过LNG储罐的设计参数、船舶的航行参数、外壳承受的大气压力为、内容器介质压力为、内外罐自重为、低温LNG液体重量压力为、船舶在航行过程中横向加速的产生的惯性力、纵向加速的产生的惯性力、垂向加速的产生的惯性力，计算LNG储罐的应力。
横向加速的产生的惯性力通过船舶在航行过程中的横向惯性载荷计算得到；纵向加速的产生的惯性力通过船舶在航行过程中的纵向惯性载荷计算得到；垂向加速的产生的惯性力通过船舶在航行过程中的垂直惯性载荷计算得到。
综上所述，本发明计算LNG储罐各构件的应力时充分考虑LNG储罐的摆放位置、船舶航行的方向、船舶航行过程中的横向、纵向和垂向的动载的叠加作用，计算得到的LNG储罐各构件的应力比较准确，便于人们精准的对LNG储罐的各构件进行优化，保证船用LNG储罐使用的安全。
附图说明
图1为本发明实施例中船用LNG储罐的结构示意图。
图中：1-内容器，2-外壳，3-绝热层，4-内容器支撑件，5-安全阀，6-外部管路，7-支座，8-储罐连接处所。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1所示，船用LNG储罐包括外壳2和内容器1，外壳2和内容器1之间设置有绝热层3、内容器支撑件4和夹层管路，罐体外部设置有外部管路6、安全阀5和储罐连接处所8，罐体的底部设置有支座7。
本发明实施例中的船用LNG储罐的应力的有限元分析计算方法，包括以下步骤：
S1：对船用LNG储罐的外壳、内容器和受力构件进行三维建模，加载当前LNG储罐的设计参数、以及当前船舶的航行参数。
受力构件包括内容器支撑件、鞍座、内加强圈、外加强圈；内加强圈和外加强圈采用板壳单元进行简化建模，内容器支撑件采用面-面接触单元模拟建模。
LNG储罐的设计参数包括内容器和外壳的介质名称、介质密度、工作温度、设计压力、计算压力、设计温度、焊接接头系数、主要受压元件材料、罐体材料许用应力、船舶航行三向(纵向、横向、垂向)加速度和绝热形式。船舶的航行参数包括船舶的长度和宽度、船舶航行分布的形状参数。
S2：定义当前船舶的外壳承受的大气压力为P外、内容器介质压力为P内、内外罐自重为G、低温LNG液体重量压力为P静、船舶在航行过程中横向加速的产生的惯性力F横、船舶在航行过程中纵向加速的产生的惯性力F纵、船舶在航行过程中垂向加速的产生的惯性力F垂、船舶在航行过程中纵向的碰撞载荷产生的惯性力F碰。
F横通过船舶在航行过程中的横向惯性载荷计算得到；F纵通过船舶在航行过程中的纵向惯性载荷计算得到；F垂通过船舶在航行过程中的垂向惯性载荷计算得到；F碰通过船舶在航行过程中的碰撞惯性载荷计算得到。
S3：设定内容器的温度T内、外壳的温度T外、空气的温度T0，根据T内、T外和T0计算得到LNG储罐的温差载荷△T。
S4：定义LNG储罐贮液时的载荷工况为F储液、LNG储罐使用的横垂向载荷工况为F横垂1、考虑△T时LNG储罐使用的横垂向载荷工况为F横垂2。
定义LNG储罐正常使用的纵垂向载荷工况为F纵垂1、考虑△T时LNG储罐使用的纵垂向载荷工况为F纵垂2。
定义LNG储罐正常使用的碰撞载荷工况为F碰撞1、考虑△T时LNG储罐使用的碰撞载荷工况为F碰撞2。
S5：采集得到外壳、内容器和受力构件在F储液时的P外、P内、G和P静。
利用FEM(Finite Element Method，有限元分析计算方法)，根据内容器的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F储液时的P外、P内、G和P静计算得到内容器在F储液时的应力。
利用FEM，根据外壳的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F储液时的P外、G和P静计算得到外壳在F储液时的应力。
利用FEM，根据受力构件的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F储液时的P外、P内、G和P静计算得到受力构件在F储液时的应力。
S6：采集得到外壳、内容器和受力构件在F横垂1时的P外、P内、G、F横和F垂。
利用FEM，根据内容器的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F横垂1时的P外、P内、G、F横和F垂计算得到内容器在F横垂1时的应力。
利用FEM，根据外壳的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F横垂1时的P外、G、F横和F垂计算得到外壳在F横垂1时的应力。
利用FEM，根据受力构件的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F横垂1时的P外、P内、G、F横和F垂计算得到受力构件在F横垂1时的应力。
S7：采集得到外壳、内容器和受力构件在F横垂2时的P外、P内、G、P静、F横和F垂。
利用FEM，根据内容器的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F横垂2时的P外、P内、G、P静、F横和F垂计算得到内容器在F横垂2时的应力。
利用FEM，根据外壳的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F横垂2时的P外、G、P静、F横和F垂计算得到外壳在F横垂2时的应力。
利用FEM，根据受力构件的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F横垂2时的P外、P内、G、P静、F横和F垂计算得到受力构件在F横垂2时的应力。
S8：采集得到外壳、内容器和受力构件在F纵垂1时的P外、P内、G、F纵和F垂。
利用FEM，根据内容器的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F纵垂1时的P外、P内、G、F纵和F垂计算得到内容器在F纵垂1时的应力。
利用FEM，根据外壳的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F纵垂1时的P外、G、F纵和F垂计算得到外壳在F纵垂1时的应力。
利用FEM，根据受力构件的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F纵垂1时的P外、P内、G、F纵和F垂计算得到受力构件在F纵垂1时的应力。
S9：采集得到外壳、内容器和受力构件在F纵垂2时的P外、P内、G、P静、F纵和F垂。
利用FEM，根据内容器的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F纵垂2时的P外、P内、G、P静、F纵和F垂计算得到内容器在F纵垂2时的应力。
利用FEM，根据外壳的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F纵垂2时的P外、G、P静、F纵和F垂计算得到外壳在F纵垂2时的应力。
利用FEM，根据受力构件的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F纵垂2时的P外、P内、G、P静、F纵和F垂计算得到受力构件在F纵垂2时的应力。
S10：采集得到外壳、内容器和受力构件在F碰撞1时的P外、P内、G和F碰。
利用FEM，根据内容器的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F碰撞1时的P外、P内、G和F碰计算得到内容器在F碰撞1时的应力。
利用FEM，根据外壳的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F碰撞1时的P外、G和F碰计算得到外壳在F碰撞1时的应力。
利用FEM，根据受力构件的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F碰撞1时的P外、P内、G和F碰计算得到受力构件在F碰撞1时的应力。
S11：采集得到外壳、内容器和受力构件在F碰撞2时的P外、P内、G、P静和F碰。
利用FEM，根据内容器的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F碰撞2时的P外、P内、G、P静和F碰计算得到内容器在F碰撞2时的应力。
利用FEM，根据外壳的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F碰撞2时的P外、G、P静和F碰计算得到外壳在F碰撞2时的应力。
利用FEM，根据受力构件的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F碰撞2时的P外、P内、G、P静和F碰计算得到受力构件在F碰撞2时的应力。
S12：根据外壳在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞1、和F碰撞2时的应力，确定外壳是否合格：依次判断外壳在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞1、和F碰撞2时的应力是否在许用应力以上，若是，确定外壳不合格，需要进行优化，转到步骤S13，否则确定外壳合格，外壳使用安全，结束。
根据内容器在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞1、和F碰撞2时的应力，确定内容器是否合格：依次判断内容器在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞1、和F碰撞2时的应力是否在许用应力以上，若是，确定内容器需要进行优化，转到步骤S14，否则确定内容器合格，内容器使用安全，结束。
根据受力构件在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞1、和F碰撞2时的应力，确定受力构件是否合格：依次判断受力构件在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞1、和F碰撞2时的应力是否在许用应力以上，若是，确定受力构件需要进行优化，转到步骤S15，否则确定受力构件合格，受力构件使用安全，结束。
S13：待外壳优化后，重新执行步骤S5～步骤S12。
S14：待内容器优化后，重新执行步骤S5～步骤S12。
S15：待受力构件优化后，重新计算受力构件在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞1、和F碰撞2时的应力，重新执行步骤S12。
下面，通过1个实施例详细说明本发明的方法。
本发明实施例中的船用LNG储罐的应力的有限元分析计算方法，包括以下步骤：
对船用LNG储罐的外壳、内容器和受力构件进行三维建模，受力构件包括内容器支撑件、鞍座、内加强圈、外加强圈；加载当前LNG储罐的设计参数、以及当前船舶的航行参数。
参见表1所示，LNG储罐的设计参数包括内容器和外壳的介质名称、介质密度、工作温度、设计压力、计算压力、设计温度、焊接接头系数、主要受压元件材料、罐体材料许用应力、船舶航行三向加速度和绝热形式。
表1、LNG储罐设计参数表
参见表2所示，船舶的航行参数包括船舶的长度和宽度、船舶航行分布的形状参数、储罐20年使用寿命预期内的使用工况说明。
表2、船舶航行参数表
将内容器的温度T内设定为-165℃、外壳的温度T外设定为45℃、空气的温度T0设定为20℃，根据T内、T外和T0计算得到LNG储罐的温差载荷△T。
采集得到外壳、内容器和受力构件在F储液时的P外、P内、G和P静。
利用FEM，根据内容器的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F储液时的P外、P内、G和P静计算得到内容器在F储液时的应力。
利用FEM，根据外壳的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F储液时的P外、G和P静计算得到外壳在F储液时的应力。
利用FEM，根据受力构件的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F储液时的P外、P内、G和P静计算得到受力构件在F储液时的应力。
采集得到外壳、内容器和受力构件在F横垂1时的P外、P内、G、F横和F垂。
利用FEM，根据内容器的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F横垂1时的P外、P内、G、F横和F垂计算得到内容器在F横垂1时的应力。
利用FEM，根据外壳的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F横垂1时的P外、G、F横和F垂计算得到外壳在F横垂1时的应力。
利用FEM，根据受力构件的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F横垂1时的P外、P内、G、F横和F垂计算得到受力构件在F横垂1时的应力。
采集得到外壳、内容器和受力构件在F横垂2时的P外、P内、G、P静、F横和F垂。
利用FEM，根据内容器的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F横垂2时的P外、P内、G、P静、F横和F垂计算得到内容器在F横垂2时的应力。
利用FEM，根据外壳的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F横垂2时的P外、G、P静、F横和F垂计算得到外壳在F横垂2时的应力。
利用FEM，根据受力构件的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F横垂2时的P外、P内、G、P静、F横和F垂计算得到受力构件在F横垂2时的应力。
采集得到外壳、内容器和受力构件在F纵垂1时的P外、P内、G、F纵和F垂。
利用FEM，根据内容器的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F纵垂1时的P外、P内、G、F纵和F垂计算得到内容器在F纵垂1时的应力。
利用FEM，根据外壳的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F纵垂1时的P外、G、F纵和F垂计算得到外壳在F纵垂1时的应力。
利用FEM，根据受力构件的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F纵垂1时的P外、P内、G、F纵和F垂计算得到受力构件在F纵垂1时的应力。
采集得到外壳、内容器和受力构件在F纵垂2时的P外、P内、G、P静、F纵和F垂。
利用FEM，根据内容器的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F纵垂2时的P外、P内、G、P静、F纵和F垂计算得到内容器在F纵垂2时的应力。
利用FEM，根据外壳的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F纵垂2时的P外、G、P静、F纵和F垂计算得到外壳在F纵垂2时的应力。
利用FEM，根据受力构件的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F纵垂2时的P外、P内、G、P静、F纵和F垂计算得到受力构件在F纵垂2时的应力。
采集得到外壳、内容器和受力构件在F碰撞1时的P外、P内、G和F碰。
利用FEM，根据内容器的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F碰撞1时的P外、P内、G和F碰计算得到内容器在F碰撞1时的应力。
利用FEM，根据外壳的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F碰撞1时的P外、G和F碰计算得到外壳在F碰撞1时的应力。
利用FEM，根据受力构件的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F碰撞1时的P外、P内、G和F碰计算得到受力构件在F碰撞1时的应力。
采集得到外壳、内容器和受力构件在F碰撞2时的P外、P内、G、P静和F碰。
利用FEM，根据内容器的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F碰撞2时的P外、P内、G、P静和F碰计算得到内容器在F碰撞2时的应力。
利用FEM，根据外壳的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F碰撞2时的P外、G、P静和F碰计算得到外壳在F碰撞2时的应力。
利用FEM，根据受力构件的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F碰撞2时的P外、P内、G、P静和F碰计算得到受力构件在F碰撞2时的应力。
依次将内容器在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞1、和F碰撞2时的应力与许用应力进行比较，参见表3可知，内容器在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞1、和F碰撞2时的应力均未超过许用应力，确定内容器设计合格。
依次将内加强圈在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞1、和F碰撞2时的应力与许用应力进行比较，参见表3可知，内加强圈在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞1、和F碰撞2时的应力均未超过许用应力，确定内加强圈设计合格。
依次将内容器支撑件在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞1、和F碰撞2时的应力与许用应力进行比较，参见表3可知，内容器支撑件在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞1、和F碰撞2时的应力均未超过许用应力，确定内容器支撑件设计合格。
依次将外壳在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞1、和F碰撞2时的应力与许用应力进行比较，参见表3可知，外壳在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞1、和F碰撞2时的应力均未超过许用应力，确定外壳设计合格。
依次将外加强圈在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞1、和F碰撞2时的应力与许用应力进行比较，参见表3可知，外加强圈在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞1、和F碰撞2时的应力均未超过许用应力，确定外加强圈设计合格。
依次将支座在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞1、和F碰撞2时的应力与许用应力进行比较，参见表3可知，支座在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞1、和F碰撞2时的应力均未超过许用应力，确定支座设计合格。
表3、内容器、外壳和受力构件不同工况下的应力分布表
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种船用LNG储罐的应力的有限元分析计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、对船用LNG储罐的外壳、内容器和受力构件进行三维建模，加载当前LNG储罐的设计参数、以及当前船舶的航行参数；
B、定义当前船舶的外壳承受的大气压力为P外、内容器介质压力为P内、内外罐自重为G、LNG液体重量压力为P静；
定义船舶在航行过程中横向加速的产生的惯性力F横、船舶在航行过程中纵向加速的产生的惯性力F纵、船舶在航行过程中垂向加速的产生的惯性力F垂、船舶在航行过程中纵向的碰撞载荷产生的惯性力F碰；设定LNG储罐的温差载荷△T；
定义LNG储罐贮液时的载荷工况为F储液、LNG储罐使用的横垂向载荷工况为F横垂1、考虑△T时LNG储罐使用的横垂向载荷工况为F横垂2；
定义LNG储罐正常使用的纵垂向载荷工况为F纵垂1、考虑△T时LNG储罐使用的纵垂向载荷工况为F纵垂2；
定义LNG储罐正常使用的碰撞载荷工况为F碰撞1、考虑△T时LNG储罐使用的碰撞载荷工况为F碰撞2；
C、采集得到外壳、内容器和受力构件在F储液时的P外、P内、G和P静；利用有限元分析计算方法FEM，根据内容器的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F储液时采集的P外、P内、G和P静计算得到内容器在F储液时的应力；利用FEM，根据外壳的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F储液时采集的P外、G和P静计算得到外壳在F储液时的应力；利用FEM，根据受力构件的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F储液时采集的P外、P内、G和P静计算得到受力构件在F储液时的应力；
采集得到外壳、内容器和受力构件在F横垂1时的P外、P内、G、F横和F垂；利用FEM，根据内容器的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F横垂1时采集的P外、P内、G、F横和F垂计算得到内容器在F横垂1时的应力；利用FEM，根据外壳的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F横垂1时采集的P外、G、F横和F垂计算得到外壳在F横垂1时的应力；利用FEM，根据受力构件的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F横垂1时采集的P外、P内、G、F横和F垂计算得到受力构件在F横垂1时的应力；
采集得到外壳、内容器和受力构件在F横垂2时的P外、P内、G、P静、F横和F垂；利用FEM，根据内容器的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F横垂2时采集的P外、P内、G、P静、F横和F垂计算得到内容器在F横垂2时的应力；利用FEM，根据外壳的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F横垂2时采集的P外、G、P静、F横和F垂计算得到外壳在F横垂2时的应力；利用FEM，根据受力构件的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F横垂2时采集的P外、P内、G、P静、F横和F垂计算得到受力构件在F横垂2时的应力；
采集得到外壳、内容器和受力构件在F纵垂1时的P外、P内、G、F纵和F垂；利用FEM，根据内容器的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F纵垂1时采集的P外、P内、G、F纵和F垂计算得到内容器在F纵垂1时的应力；利用FEM，根据外壳的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F纵垂1时采集的P外、G、F纵和F垂计算得到外壳在F纵垂1时的应力；利用FEM，根据受力构件的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F纵垂1时采集的P外、P内、G、F纵和F垂计算得到受力构件在F纵垂1时的应力；
采集得到外壳、内容器和受力构件在F纵垂2时的P外、P内、G、P静、F纵和F垂；利用FEM，根据内容器的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F纵垂2时采集的P外、P内、G、P静、F纵和F垂计算得到内容器在F纵垂2时的应力；利用FEM，根据外壳的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F纵垂2时采集的P外、G、P静、F纵和F垂计算得到外壳在F纵垂2时的应力；利用FEM，根据受力构件的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F纵垂2时采集的P外、P内、G、P静、F纵和F垂计算得到受力构件在F纵垂2时的应力；
采集得到外壳、内容器和受力构件在F碰撞1时的P外、P内、G和F碰；利用FEM，根据内容器的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F碰撞1时采集的P外、P内、G和F碰计算得到内容器在F碰撞1时的应力；利用FEM，根据外壳的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F碰撞1时采集的P外、G和F碰计算得到外壳在F碰撞1时的应力；利用FEM，根据受力构件的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F碰撞1时采集的P外、P内、G和F碰计算得到受力构件在F碰撞1时的应力；
采集得到外壳、内容器和受力构件在F碰撞2时的P外、P内、G、P静和F碰；利用FEM，根据内容器的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F碰撞2时采集的P外、P内、G、P静和F碰计算得到内容器在F碰撞2时的应力；利用FEM，根据外壳的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F碰撞2时采集的P外、G、P静和F碰计算得到外壳在F碰撞2时的应力；利用FEM，根据受力构件的三维模型、△T、加载的设计参数和航行参数、F碰撞2时采集的P外、P内、G、P静和F碰计算得到受力构件在F碰撞2时的应力；
D、根据外壳在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞1、和F碰撞2时的应力，确定外壳是否合格；根据内容器在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞1、和F碰撞2时的应力，确定内容器是否合格；根据受力构件在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞1、和F碰撞2时的应力，确定受力构件是否合格。
2.如权利要求1所述的船用LNG储罐的应力的有限元分析计算方法，其特征在于：步骤A中所述受力构件包括内容器支撑件、鞍座、内加强圈、外加强圈。
3.如权利要求2所述的船用LNG储罐的应力的有限元分析计算方法，其特征在于：步骤A中所述受力构件进行三维建模包括以下步骤：内加强圈和外加强圈采用板壳单元进行简化建模，内容器支撑件采用面-面接触单元模拟建模。
4.如权利要求1所述的船用LNG储罐的应力的有限元分析计算方法，其特征在于：步骤A中所述LNG储罐的设计参数包括内容器和外壳的介质名称、介质密度、工作温度、设计压力、计算压力、设计温度、焊接接头系数、主要受压元件材料、罐体材料许用应力、船舶航行纵向加速度、船舶航行横向加速度、船舶航行垂向加速度、和绝热形式。
5.如权利要求1所述的船用LNG储罐的应力的有限元分析计算方法，其特征在于：步骤A中所述船舶的航行参数包括船舶的长度和宽度、船舶航行分布的形状参数。
6.如权利要求1所述的船用LNG储罐的应力的有限元分析计算方法，其特征在于：步骤B中所述F横通过船舶在航行过程中的横向惯性载荷计算得到；所述F纵通过船舶在航行过程中的纵向惯性载荷计算得到；所述F垂通过船舶在航行过程中的垂向惯性载荷计算得到；所述F碰通过船舶在航行过程中的碰撞惯性载荷计算得到。
7.如权利要求1所述的船用LNG储罐的应力的有限元分析计算方法，其特征在于：步骤B中设定LNG储罐的温差载荷△T包括以下步骤：设定内容器的温度T内、外壳的温度T外、空气的温度T0，根据T内、T外和T0计算得到LNG储罐的温差载荷△T。
8.如权利要求1至7任一项所述的船用LNG储罐的应力的有限元分析计算方法，其特征在于：步骤D中所述根据外壳在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞1、和F碰撞2时的应力，确定外壳是否合格包括以下步骤：依次判断外壳在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞1、和F碰撞2时的应力是否在许用应力以上，若是，确定外壳不合格，待外壳优化后，重新执行步骤C～步骤D；否则确定外壳合格。
9.如权利要求1至7任一项所述的船用LNG储罐的应力的有限元分析计算方法，其特征在于：步骤D中所述根据内容器在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞1、和F碰撞2时的应力，确定内容器是否合格包括以下步骤：依次判断内容器在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞1、和F碰撞2时的应力是否在许用应力以上，若是，确定内容器不合格，待外壳优化后，重新执行步骤C～步骤D；否则确定内容器合格。
10.如权利要求1至7任一项所述的船用LNG储罐的应力的有限元分析计算方法，其特征在于：步骤D中所述根据受力构件在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞1、和F碰撞2时的应力，确定受力构件是否合格包括以下步骤：依次判断受力构件在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞1、和F碰撞2时的应力是否在许用应力以上，若不是确定受力构件合格；否则确定受力构件不合格，待受力构件优化后，重新计算受力构件在F储液、F横垂1、F横垂2、F纵垂1、F纵垂2、F碰撞1、和F碰撞2时的应力，重新执行步骤D。
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