液化天然气罐式集装箱强度分析(附件)
使用清洁能源是社会可持续发展的需要。天然气具有许多优点，热值高，对环境几乎没有影响，价格也不贵。每个行业都对这类能源更加的重视，在世界能源结构中天然气消费比重急剧增加。而且近年我国天然气行业的快速发展，道路运输的条件也不断得到改善，市场对LNG储存和运输设备的需求不断增加。于是，储存设备的制造和运输的厂家都有一个共同追求的目标，就是不断减少运输成本，并且不断改进运输时的效率。本文所研究的液化天然气罐式集装箱是基于汽车运输的，主要进行以下工作：首先，根据内罐体的有效容积以及受力情况对内罐体进行设计，主要涉及到的地方有如下几个：根据容积计算大致的尺寸，材料的选择，罐体壁厚的大小等。然后根据外罐体的受力情况和内罐体的具体尺寸设计外罐体，主要设计方面的内容跟内罐体的设计大体一致。其次，对内罐体和外罐体之间的支撑结构进行分析并设计，首先对支撑结构的材料进行探究，找出既耐低温又满足强度要求的材料；然后对支撑结构的受力情况和强度进行分析。最后，对整个罐体的外部集装箱框架进行设计并分析研究，探究其最好的结构方案，对其进行受力分析，运用solidworks对其进行强度分析，并且对其整体结构进行不断的优化，得出最终比较好的方案。关键词: 液化天然气；支撑结构；有限元；罐式集装箱Abstract目 录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2国内外研究现状 2
1.2.1国内外低温技术的研究现状 2
1.2.2国内外支撑结构研究现状 3
1.2.3国内外罐式集装箱的发展现状 3
1.3本文研究意义和主要工作 6
1.3.1本文研究意义 6
1.3.2本文主要工作 7
1.4 本章小结 8
第二章 LNG罐的设计方案 9
2.1 主要设计思路 9
2.2 本文设计流程 12
2.3 LNG罐式集装箱相关参数 12
2.4 本章小结 13
第三章 LNG罐式集装箱结构设计 14
3.1 LNG罐式集装箱内筒体的设计计算 14
3.2 LNG罐式集装箱支撑结构的设计计算 15
3.3 LNG罐式集装箱外筒体的设计计算 17
主要设计思路 9
2.2 本文设计流程 12
2.3 LNG罐式集装箱相关参数 12
2.4 本章小结 13
第三章 LNG罐式集装箱结构设计 14
3.1 LNG罐式集装箱内筒体的设计计算 14
3.2 LNG罐式集装箱支撑结构的设计计算 15
3.3 LNG罐式集装箱外筒体的设计计算 17
3.4 LNG罐式集装箱箱体框架的设计计算 18
3.4.1 角件的选择 18
3.4.2 立柱的设计参数 19
3.4.3 侧梁的设计参数 19
3.4.4 端面横梁的设计参数 19
3.4.5 侧面斜撑钢件的设计参数 19
3.4.6 端面斜撑钢件的设计参数 19
3.5 本章小结 20
第四章 LNG罐式集装箱有限元分析与优化 21
4.1 建模以及分析软件介绍 21
4.2 模型的建立 21
4.3 建立模型时实施的部分简化 22
4.4 材料定义 23
4.5 惯性力载荷的加载 24
4.6 各种工况下框架的受力情况分析 25
4.7 优化分析 32
4.8 本章小结 39
第五章 总结与展望 40
5.1 总结 40
5.2 展望 40
致 谢 41
参考文献 42
绪论
1.1 引言
现如今，全球经济上涨较快，对能源的需求日益增涨。但是，由于石油危机的产生，再加上人们对不可再生的资源的大批量使用，环境被破坏的更加厉害，越发不可收拾。所以为了更加适应当今时代，清洁能源的开发越发的重要，使用天然气越来越必要，这就加速了天然气这些能源的开发与利用，而天然气的存储与运输是天然气开发与利用的重要环节。
使用对环境没有污染的能源是社会可持续发展的需要。天然气当中含量最多的是甲烷，它在正常大气压下沸点为161℃，临界情况下的天然气的温度是82.1℃，临界情况下的天然气压力值是4.58MPa。在常温下以目前的科技水平很难将它进行液化。因此，只能通过铺设管道对天然气进行运输，而管道的铺设需要从气源地一直铺到使用地，这样造成使用的经费太多，形成严重的浪费。所以，一些小的气源没必要通过铺设管道来运输。
天然气具有许多优点，热值高，对环境的影响不大，价格也不贵，每个行业对环保型的能源更加的喜爱，在世界能源结构中天然气消费比重急剧增加。天然气不仅是人们生活当中使用的燃烧物质，也在别的方面有着不寻常的用处，如发电，供暖，制冷，航空，汽车和运输行业。将天然气进行加工液化后运输，与通过压缩的天然气的单个车辆运输量比要高很多。
近年我国天然气行业的快速发展，道路运输的条件也不断得到改善，市场对LNG储存和运输设备的需求不断增加。于是，储存设备的制造和运输的厂家都有一个共同追求的目标，就是不断减少运输成本，并且不断改进运输时的效率。
LNG罐式集装箱运输方便，优点多多，可以实现多种方式的组合来运输，因此成为LNG的主要储存设备。天然气的储运是在低温的前提下的，这种技术与钢瓶充装储运方式对比，有着很多的优点，如：气体质量的保持性，气体利用率的提高，气体安全性和经济性的提高等。除了一部分大的气田采用管网直接集中输送外，其他大部分均采用低温技术液化天然气进行储运，这样既节约了运输的成本，而且运输起来方便、灵活。
利用低温技术将天然气进行液化，国内外都普片应用的一项先进的技术，这项技术有利于天然气的运输与存储。液化天然气罐属于低温容器，与普通的管道运输相比，具有体积小，运输方便，灵活性高，安全性能高等有点。
因此，了解低温下储运装备的结构，以及了解储运装备的发展现状，具有非常重的现实意义。
1.2国内外研究现状
1.2.1国内外低温技术的研究现状
低温技术很久以前就已经出现，直到最近几年，全球经济快速增长，许多厂家对低温技术运用的需求不断增加，低温技术在各个领域中都得到了广泛的运用和实施。而由于低温技术的出现，低温储运是必不可少的，也是制约低温技术发展的一大因素，而低温液体罐式储运方式是最主要的一种低温储运技术。
低温容器根据不同的分类方式可以分为很多类。根据用途分类可分为固定式和运输式这两种；根据工作压力分类可分为常压和高压这两种；根据结构可分为球形、圆柱形等。
现如今，诸如美国等科研技术能力较高的国家与地区，存在许多在这个方面有所作为的公司，他们在对这个领域的研究与开发当中占有相当大的优势。其他一些国家如俄罗斯和印度也有很高的低温容器的研究。
与国外相比，中国的低温设备领域是有很多不足的，研发的设备太差，和国外的技术水平之间的差距越来越大了。低温储运设备已广泛的在国内多家公司正式生产，在这方面，上海交通大学也进行了较为深入的研究与开发。
我国低温容器的发展正在不断的壮大，我国对承运物品的储运的研究方向将是尽量的降低运输过程中的损耗。国内已经有几家公司所生产的低温储运装置得到了广泛的运用。
低温容器的设计难度以及其制造成本与很多因素有关，如低温容器的工作压力和液体温度，以及其用途等相关。低温容器的的设计也要考虑诸多因素，要根据具体的实际情况来设计，要考虑汽车行驶过程中出现的各种工况，还要考虑设计的合理性。低温容器的设计及制造的综合要求比较高，要结合各种复杂的情况。现如今，运用到低温设备的材料正在不断得到改进，我国制造业加工的技术不断得到提升，低温技术和绝热技术的不断发展。那么，接下来的问题就是怎么样才能充分利用这些优势来研发更好的罐体，以及当遇到较差的工作状况时，该怎么样改进容器的设计。这些都是在容器设计过程当中必须解决的问题。
1.2.2国内外支撑结构研究现状
运用到内外罐体之间的支撑结构有很多种，每种结构都有其特点，当内外罐体之间的距离较大时，可以采用拉杆和压杆结构，当内外罐体之间的距离较小时，可以采用垫块等结构。它们虽然结构不太一样，但是它们都要能够有较好的绝热性能，而且还要满足在较高的安全系数下，强度要求得到满足。每一种结构都有其独特的优点，运用到实际情况下，拉杆和压杆是使用的比较多的，因为它们装配起来比较容易。缺点就是在内罐体和外罐体之间间隙较小的情况下难以实现。锁链结构不容易漏热，接触热阻较大，但是它的稳定性不好，而且同时
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2国内外研究现状 2
1.2.1国内外低温技术的研究现状 2
1.2.2国内外支撑结构研究现状 3
1.2.3国内外罐式集装箱的发展现状 3
1.3本文研究意义和主要工作 6
1.3.1本文研究意义 6
1.3.2本文主要工作 7
1.4 本章小结 8
第二章 LNG罐的设计方案 9
2.1 主要设计思路 9
2.2 本文设计流程 12
2.3 LNG罐式集装箱相关参数 12
2.4 本章小结 13
第三章 LNG罐式集装箱结构设计 14
3.1 LNG罐式集装箱内筒体的设计计算 14
3.2 LNG罐式集装箱支撑结构的设计计算 15
3.3 LNG罐式集装箱外筒体的设计计算 17
主要设计思路 9
2.2 本文设计流程 12
2.3 LNG罐式集装箱相关参数 12
2.4 本章小结 13
第三章 LNG罐式集装箱结构设计 14
3.1 LNG罐式集装箱内筒体的设计计算 14
3.2 LNG罐式集装箱支撑结构的设计计算 15
3.3 LNG罐式集装箱外筒体的设计计算 17
3.4 LNG罐式集装箱箱体框架的设计计算 18
3.4.1 角件的选择 18
3.4.2 立柱的设计参数 19
3.4.3 侧梁的设计参数 19
3.4.4 端面横梁的设计参数 19
3.4.5 侧面斜撑钢件的设计参数 19
3.4.6 端面斜撑钢件的设计参数 19
3.5 本章小结 20
第四章 LNG罐式集装箱有限元分析与优化 21
4.1 建模以及分析软件介绍 21
4.2 模型的建立 21
4.3 建立模型时实施的部分简化 22
4.4 材料定义 23
4.5 惯性力载荷的加载 24
4.6 各种工况下框架的受力情况分析 25
4.7 优化分析 32
4.8 本章小结 39
第五章 总结与展望 40
5.1 总结 40
5.2 展望 40
致 谢 41
参考文献 42
绪论
1.1 引言
现如今，全球经济上涨较快，对能源的需求日益增涨。但是，由于石油危机的产生，再加上人们对不可再生的资源的大批量使用，环境被破坏的更加厉害，越发不可收拾。所以为了更加适应当今时代，清洁能源的开发越发的重要，使用天然气越来越必要，这就加速了天然气这些能源的开发与利用，而天然气的存储与运输是天然气开发与利用的重要环节。
使用对环境没有污染的能源是社会可持续发展的需要。天然气当中含量最多的是甲烷，它在正常大气压下沸点为161℃，临界情况下的天然气的温度是82.1℃，临界情况下的天然气压力值是4.58MPa。在常温下以目前的科技水平很难将它进行液化。因此，只能通过铺设管道对天然气进行运输，而管道的铺设需要从气源地一直铺到使用地，这样造成使用的经费太多，形成严重的浪费。所以，一些小的气源没必要通过铺设管道来运输。
天然气具有许多优点，热值高，对环境的影响不大，价格也不贵，每个行业对环保型的能源更加的喜爱，在世界能源结构中天然气消费比重急剧增加。天然气不仅是人们生活当中使用的燃烧物质，也在别的方面有着不寻常的用处，如发电，供暖，制冷，航空，汽车和运输行业。将天然气进行加工液化后运输，与通过压缩的天然气的单个车辆运输量比要高很多。
近年我国天然气行业的快速发展，道路运输的条件也不断得到改善，市场对LNG储存和运输设备的需求不断增加。于是，储存设备的制造和运输的厂家都有一个共同追求的目标，就是不断减少运输成本，并且不断改进运输时的效率。
LNG罐式集装箱运输方便，优点多多，可以实现多种方式的组合来运输，因此成为LNG的主要储存设备。天然气的储运是在低温的前提下的，这种技术与钢瓶充装储运方式对比，有着很多的优点，如：气体质量的保持性，气体利用率的提高，气体安全性和经济性的提高等。除了一部分大的气田采用管网直接集中输送外，其他大部分均采用低温技术液化天然气进行储运，这样既节约了运输的成本，而且运输起来方便、灵活。
利用低温技术将天然气进行液化，国内外都普片应用的一项先进的技术，这项技术有利于天然气的运输与存储。液化天然气罐属于低温容器，与普通的管道运输相比，具有体积小，运输方便，灵活性高，安全性能高等有点。
因此，了解低温下储运装备的结构，以及了解储运装备的发展现状，具有非常重的现实意义。
1.2国内外研究现状
1.2.1国内外低温技术的研究现状
低温技术很久以前就已经出现，直到最近几年，全球经济快速增长，许多厂家对低温技术运用的需求不断增加，低温技术在各个领域中都得到了广泛的运用和实施。而由于低温技术的出现，低温储运是必不可少的，也是制约低温技术发展的一大因素，而低温液体罐式储运方式是最主要的一种低温储运技术。
低温容器根据不同的分类方式可以分为很多类。根据用途分类可分为固定式和运输式这两种；根据工作压力分类可分为常压和高压这两种；根据结构可分为球形、圆柱形等。
现如今，诸如美国等科研技术能力较高的国家与地区，存在许多在这个方面有所作为的公司，他们在对这个领域的研究与开发当中占有相当大的优势。其他一些国家如俄罗斯和印度也有很高的低温容器的研究。
与国外相比，中国的低温设备领域是有很多不足的，研发的设备太差，和国外的技术水平之间的差距越来越大了。低温储运设备已广泛的在国内多家公司正式生产，在这方面，上海交通大学也进行了较为深入的研究与开发。
我国低温容器的发展正在不断的壮大，我国对承运物品的储运的研究方向将是尽量的降低运输过程中的损耗。国内已经有几家公司所生产的低温储运装置得到了广泛的运用。
低温容器的设计难度以及其制造成本与很多因素有关，如低温容器的工作压力和液体温度，以及其用途等相关。低温容器的的设计也要考虑诸多因素，要根据具体的实际情况来设计，要考虑汽车行驶过程中出现的各种工况，还要考虑设计的合理性。低温容器的设计及制造的综合要求比较高，要结合各种复杂的情况。现如今，运用到低温设备的材料正在不断得到改进，我国制造业加工的技术不断得到提升，低温技术和绝热技术的不断发展。那么，接下来的问题就是怎么样才能充分利用这些优势来研发更好的罐体，以及当遇到较差的工作状况时，该怎么样改进容器的设计。这些都是在容器设计过程当中必须解决的问题。
1.2.2国内外支撑结构研究现状
运用到内外罐体之间的支撑结构有很多种，每种结构都有其特点，当内外罐体之间的距离较大时，可以采用拉杆和压杆结构，当内外罐体之间的距离较小时，可以采用垫块等结构。它们虽然结构不太一样，但是它们都要能够有较好的绝热性能，而且还要满足在较高的安全系数下，强度要求得到满足。每一种结构都有其独特的优点，运用到实际情况下，拉杆和压杆是使用的比较多的，因为它们装配起来比较容易。缺点就是在内罐体和外罐体之间间隙较小的情况下难以实现。锁链结构不容易漏热，接触热阻较大，但是它的稳定性不好，而且同时
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