针对液化天然气船 B 型独立舱穹顶区域穿舱件及支撑结构的应力分析

曹惠兵，汝宁宁，张双泉，王国强

（安徽长江液化天然气有限责任公司，安徽 芜湖 241000）

根据中国船级社《低温管路应力分析指南》2017 版、《钢制海船入级规范》(后简称《钢规》)和《散装运输液化气体船舶构造与设备规范》2022 版(后简称《散液规》)第2 篇第20 章中附录2 晃荡评估流程，根据该船的B 型独立液货舱布置位置，综合考虑选取NO.1 液货舱作为穹顶穿舱件及支撑结构强度评估的目标液舱(NO.1 液货舱运动加速度最大)，该目标舱布置如图1 所示。

图1 某1.4 万方LNG 运输船B 型独立液货舱布置

图2 穹顶区域三维有限元模型示意图

1 有限元建模

1.1 模型

基于NO.1 货舱对穹顶区域穿舱件及支撑结构进行应力分析，有限元模型覆盖整个穹顶区域。根据《钢规》和《散液规》板和梁单元建模要求，目标分析区域使用50mm×50mm 的单元网格尺寸，对于管径小于 DN50 的管子采用 10mm×10mm 单元网格尺寸进行建立。有限元模型详见图 2 。

1.2 坐标系

坐标系采用右手坐标系，原点O 位于FR0 号船底中线处，x 轴向船首为正，y 轴向左舷为正，z 轴向上为正。

1.3 荷载和边界条件

目标穹顶结构有限元模型底部采用六个自由度的约束条件，穿舱件载荷施加在管系距甲板高度525mm的端部MPC 约束上，详见图3。

图3 穹顶结构载荷及边界条件示意图

2 荷载工况

结合舱内以及甲板管系低温应力载荷计算工况，针对B 型独立舱穹顶区域穿舱件及支撑结构开展强度分析。结合中国船级社《低温管路应力分析指南》2017版规范指南要求，针对穹顶穿舱件及其支撑结构受力主要考虑惯性力载荷、管系和罐体压力载荷、温度载荷以及位移载荷，其设计载荷组合工况详见表1 所示。

表1 设计荷载组合工况

表2 316L 不锈钢材料参数

其中 W：管道重量+绝缘重量+流体重量；

P1、P2：管道内压；

T1、T2：管道温度；

D1、D2：分别为最低、高温度导致的端点附加位移(液罐等热胀冷缩导致的管口位移)；

U1、U2、U3：分别为管道纵向、横向和垂向加速度。

3 穹顶区域穿舱件及支撑结构强度校核

B 型独立液货舱穹顶区域穿舱件及支撑结构的主体结构采用316L 不锈钢，其主要材料参数如表 2 所示。

《钢规》第3 篇第2 章 2.2.2 节给出了钢管的许用应力衡准，计算公式如下：

在规范中316L 材料许用应力衡准如表3 所示。

表3 316L 材料许用应力衡准

《散液规》第2 篇附录1 第4 节 4.7.7 分别给出了细网格的许用应力衡准，详见表4。

表4 细网格许用应力衡准

4 穹顶区域穿舱件及支撑结构强度计算结果

B 型独立舱穹顶区域穿舱件及支撑结构加强后的最大应力及工况汇总至表5，穹顶穿舱件最大应力分布详见图4，所有穿舱件及其支撑结构的强度分析结果均满足规范要求。

表5 穿舱件及支撑结构最大应力结果汇总

图4 穹顶穿舱件最大应力分布示意图

5 结论

参考中国船级社《钢规》2021 版、《散液规》2022 版规范，以及《低温管路应力分析指南》要求，结合14,000 立方米级液化天然气加注运输船B 型独立舱穹顶区域穿舱件及支撑强度分析结果，可以得出以下结论：

目标B 型液货舱穹顶区域穿舱件及支撑结构强度评估符合满足船级社相关要求。