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Buckling strength of GTT NO96 LNG Carrier cargo containment system
Young IL Park*, Jong Hyun Lee
Department of Naval Architecture and Offshore Engineering, Dong-A University, Republic of Korea
A R T I C L E I N F O 摘要
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Keywords: NO96 CCS Sloshing impact load Dynamic buckling strength Dynamic buckling capacity |
研究了液化天然气运输与技术公司(GTT) NO96型液化天然气(LNG)货物密封系统(NO96 CCS)的设计屈曲能力。NO96 CCS的设计载荷是典型的动态事件;因此，动态效应对屈曲能力的研究作为界定的动态强度因素。对绝缘系统进行了一系列的有限元分析。并考虑了环境温度和材料性能的系统。根据有限元计算结果，给出了膜式液化天然气储罐静、动两种工况下的设计屈曲强度，并与设计标准DNV GL进行了比较。 |
- 介绍
液化天然气(LNG)最近的市场趋势表明，液化天然气运输船对更大的液化天然气货舱有很大的需求，而浮式生产储油卸船(FPSO)/浮式储油再气化装置的应用也很广泛。这种趋势需要一个强大的货物密封系统，能够应对晃动的冲击载荷。因此，液化天然气货物可能的晃动所造成的损害已经成为一个具有挑战性的课题 (Lee et al., 2016, 2004).
关于设计晃动荷载的研究, Bunnik and Huijsmans (2009), Lee et al. (2007), 和 Peric et al. (2009) 用实验和数值方法研究了晃动冲击载荷. 更进一步, Ryu et al. (2016), Kim (2013) 研究了基于小波变换的液化天然气货物密封系统对晃动冲击载荷的快速响应计算。针对液化天然气货舱的晃动，对液化天然气货物密封系统进行结构评估时，GTT MARK III和NO96 CCS是目前膜式液化天然气运输船最常用的绝缘系统(Kim et al., 2010) (Fig. 1). 因此，进行了各种实验和数值研究其中包括 GTT MARK III-type 货物装载系统 (Kim et al., 2010; Chun et al., 2009). Arswendy and Moan (2015) 进行了实验和数值研究，以确定作为一部分的t形胶合板试件的屈曲和破碎强度NO96 CCS.
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* Corresponding author. E-mail address: parkyi1973@dau.ac.kr (Y.I. Park). https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2018.02.017 |
与独立式货物安全壳系统相比，膜式液化天然气货物安全壳系统的主要优点之一是增加了货舱尺寸的灵活性。
然而, 在选择膜式液化天然气货物密封系统时，膜晃动损坏的风险是一个重要的考虑因素。在评估晃动损坏的风险和决定膜式液化天然气货物密封系统的可行性时，必须考虑以下几个因素:必须考虑每个货物密封系统的足够设计能力和参数，以及所采用的每个设计选择。
液化天然气货物密封系统的主要设计载荷应来自动态冲击类型，如晃动。因此，研究系统的动态屈曲强度是非常关键的. Mouhata and Abdellatif (2015) 和 Fan et al. (2016) 采用非线性有限元方法对钢焊接结构的加筋板进行了动、静态屈曲分析。与此同时 Ravi Sankar and Parameswaran (2016) 通过实验和数值计算，研究了多孔洞对铝材料动态屈曲性能的影响。 Thang and Nguyen-Thoi (2016) s用解析和数值方法研究了s形功能梯度材料环壳段的非线性屈曲。 此外, Ramezannezhad Azarboni et al. (2015) 和 Kubiak (2007) 用解析方法研究了边界条件对动力屈曲行为的影响。Bisagni (2005) 用数值方法研究了具有圆柱结构的薄壁碳纤维材料的动态屈曲。
Received 11 April 2017; Received in revised form 8 January 2018; Accepted 5 February 2018 0029-8018/copy; 2018 Elsevier Ltd. All rights reserved.
Fig. 1. GTT膜片式 LNG货物密闭系统 (left: MARK III and right: NO96). (source: http://www.gtt.fr/)
Fig. 2. Cargo tank lining reinforcement of GTT NO96.
Table 1
每一个研究案例中NO96集装箱的一般规格.
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CASE No. |
主框 盖板厚度 |
舱壁厚度 |
副框 |
|
|
舱壁厚度 |
No. of Combs (see Fig. 3) |
|||
|
CCS #1 |
12 mm |
9 |
9 |
0 |
|
CCS #2 |
12 mm 2 |
12 |
12 |
0 |
|
CCS #3 |
12 mm 2 |
12 |
12 |
1 |
|
CCS #4 |
12 mm 2 |
15 |
15 |
2 |
Table 2
FEA选项规格
然而，目前LNG CCS的具体设计强度/容量有限。此外，关于NO96 CCS的相关研究(即，合板材料的动态强度是非常有限的。因此，需要对设计能力进行研究，以增加设计者和决策者选择膜式LNG货物密封系统的确定性
采用商用有限元软件对该系统最关键的失效模式NO96 CCS的设计屈曲能力进行了确定。晃动是典型的动态事件;因此，动态强度的评估是基于动态强度因子(DSF)。将本研究中测定的最终强度与用该方法测定的强度进行了比较DNVGL-CG-0187 (2016).
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Items |
Note |
|
|
软件 (求解器) |
ABAQUS/标准 (V.6.14) |
用于静态屈曲计算 |
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ABAQUS/显式 (V.6.14) |
用于动态屈曲计算 |
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单元格式 |
4 节点壳 |
简化的积分，对于强度成员，即,胶合板面板 |
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2 节点辆单元 |
弹簧连接,即。,装订 |
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材料格式 边界条件 |
均匀正交类型 四条边简支 |
取决于操作时的温度, i.e., 163–20 C |
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表面接触 |
运动硬接触 |
2. NO96 CCS
Fig. 2 显示一个典型的货舱内衬加固NO96 CCS。隔热区由上倒角的下部(即、非加强区域和加强区域(图2阴影区域))。GTT和不同的造船厂开发了几种类型的NO96 CCS，适用于不同厚度的水平(盖板)和垂直(舱壁)构件或舱壁的数量，特别是在一个
Fig. 3. 隔板和梳子的定义在次箱中 NO96 CCS (for CCS #4.
source: http://www.gtt.fr/en/technologies-services/our-technologies/no96)
副箱体，根据设计的水平晃动荷载.而定
开发了各种NO96 CCS设计，并应用于LNG船和fpso。在本研究中，我们以9种型号的no96ccs为例，以确定其动态屈曲强度 (Table 1).
本文考虑了不同LNG船的NO96 CCS，计算并确定了设计的屈曲强度。关于所使用的NO96系统的详细信息可以在http://www.gtt.fr/product/no96system/找到。然而，主要力量成员的详细图纸和尺寸没有显示保密
3. NO96 CCS的有限元建模
Table 2 总结了当前研究中有限元模拟的技术指标。
主绝缘箱和二次绝缘箱应建模为独立的实体。图4显示了GTT NO96 CCS在平坦地区的典型FE模型。有限元模型包含两个独立的部分，即一个主箱和一个副箱。
用双层盖板(表1中的案例II-IX)加固主盒的盖板被建模为单独的实体并使用订书钉连接。在弹簧刚度为10000 N/ mm的短纤维连接中引入了弹性一维弹簧单元，根据GTT NO96应用相同数量的短纤维和相同的位置(图4)。
主盒和副盒之间的交互被建模为接触约束。
：对5000、7500、10000、12500和15000 N/mm弹性弹簧刚度进行了系列有限元分析，以研究弹簧刚度对有限元结果的影响。图5为二次箱舱壁中部五种不同弹性弹簧刚度的参考应力，二次箱舱壁是失稳破坏的最关键部位。通过系列分析可知，NO96的弹性弹簧刚度对失稳破坏模式没有影响。
Fig. 5. 弹簧连接弹性刚度的灵敏度FE评估
|
Fig. 4. NO96 CCS保温箱的FE模型为平面区域(右图小圆圈为NO96 CCS的装订位置) |
Fig. 6. 胶合板材料坐标系。
Table 3
Integrated orthotropic material stiffness properties for plywood plates.
|
Parameter |
Temperature |
|
|
20 C |
- 163 C |
|
|
Em,1 [MPa] |
9450 |
13,200 |
|
Em,2 [MPa] |
8000 |
11,200 |
|
Em,3 [MPa] |
820 |
1800 |
|
Gm,12 [MPa] |
790 |
2900 |
|
Gm,13 [MPa] |
325 |
700 |
|
Gm,23 [MPa] |
260 |
550 |
|
nu;12 |
0.1 |
0.1 |
|
nu; <s 剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料</s 资料编号：[236612]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word |
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