某低溫液體（LNG）燃料罐應(yīng)力分析

摘 要： 本文對某低溫液體（LNG）燃料罐在運(yùn)輸過程中所受載荷作用下，其結(jié)構(gòu)的應(yīng)力水平進(jìn)行了計(jì)算。并對其結(jié)構(gòu)合理性給出意見，供工程參照。

關(guān)鍵詞： 燃料罐;應(yīng)力分析;有限元;強(qiáng)度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.21.055

1 前言

隨著能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的改變及日益增加的環(huán)境壓力，LNG 這一優(yōu)質(zhì)清潔能源的生產(chǎn)和貿(mào)易日趨活躍，液化天然氣（ LNG）， 隨之而來的LNG 運(yùn)輸及儲(chǔ)存設(shè)備也呈現(xiàn)了較好的發(fā)展勢頭.隨著LNG罐子的參數(shù)向大型化的發(fā)展，其在結(jié)構(gòu)、載荷等方面的要求提高，因此，如何合理有效進(jìn)行罐子的設(shè)計(jì)已成為設(shè)計(jì)的重中之重。而在實(shí)際分析的過程中常存在一些問題，主要表現(xiàn)在以下幾方面：（1）模型構(gòu)建不合理;（2）邊界條件及載荷施加考慮不準(zhǔn)確;（3）工況組合不符合標(biāo)準(zhǔn)要求;（4）應(yīng)力分類不合理。

以上原因也導(dǎo)致評定結(jié)果存在較大問題。本文針對上述問題，綜合性地對某球形儲(chǔ)罐進(jìn)行了應(yīng)力分析，得出結(jié)構(gòu)處理意見，為實(shí)際工程提供參考。

2 結(jié)構(gòu)模型

該低溫液體（LNG）船用儲(chǔ)罐為八點(diǎn)支撐內(nèi)、外罐結(jié)構(gòu)，為阻隔熱量的傳遞，內(nèi)外罐間抽真空并通過玻璃鋼支撐件連接。

3 計(jì)算工況

本文計(jì)算四種工況載荷施加情況 ：

工況1-運(yùn)動(dòng)方向：最大額定質(zhì)量乘以2倍的重力加速度，1.14內(nèi)容器壓力+0.1MPa外殼壓力+船運(yùn)罐自重+封頭投影面0.035MPa壓力;

工況2-同運(yùn)動(dòng)方向成直角的水平方向：最大額定質(zhì)量乘以重力加速度，1.14MPa內(nèi)容器壓力+0.1MPa外殼壓力+船運(yùn)罐自重+罐體投影面0.0027MPa壓力;

工況3-垂直向上：最大額定質(zhì)量乘以重力加速度，1.14MPa內(nèi)容器壓力+0.1MPa外殼壓力+罐體投影面0.0027MPa壓力;

工況4-垂直向下：最大額定質(zhì)量乘以2倍的重力加速度，1.14MPa內(nèi)容器壓力+0.1MPa外殼壓力+罐體投影面0.0054MPa壓力。

4 有限元模型

根據(jù)相關(guān)圖紙中2m3/1MPa低溫液體（LNG）船用儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，利用有限元軟件Ansys/workbench對低溫液體（LNG）船用儲(chǔ)罐的整體結(jié)構(gòu)建立了三維有限元模型各個(gè)結(jié)構(gòu)的有限元模型。

5 約束

工況1-4的邊界條件為：一側(cè)鞍座底板施加六個(gè)自由度約束（ZX=0，DY=0，DZ=0，RX=0，RY=0，RZ=0），另一側(cè)鞍座底板施加五個(gè)自由度約束（DY=0，DZ=0，RX=0，RY=0，RZ=0）。

6 計(jì)算結(jié)果與分析

通過上述計(jì)算分析，得到以下結(jié)論：

（1）內(nèi)外容器的最大表面應(yīng)力、最大中間應(yīng)力均小于許用值，強(qiáng)度滿足要求;

（2）鞍座、冷箱的最大表面應(yīng)力小于許用值，強(qiáng)度滿足要求;

（3）支撐管和墊板米塞斯應(yīng)力小于許用值，強(qiáng)度滿足要求;

（4）玻璃鋼支撐件的最大剪切應(yīng)力小于許用值，強(qiáng)度滿足要求;

通過以上完整的應(yīng)力分析評定，該LNG罐子結(jié)構(gòu)合理，強(qiáng)度滿足要求。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：周萍（1985-），女，黑龍江人，碩士，研究方向：船舶力學(xué)。endprint