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液化氣(lique fied petroleum gas LPG)船是一種新型高附加值船舶，具有廣闊的市場發(fā)展前景。LPG船在結構上具有與一般船舶不同的特點，其所載的液化氣罐在船艙中占有很大的空間，而且這類船舶的結構安全性能要求較高。對于這類新型船舶，傳統(tǒng)的船舶設計規(guī)范已很難完全滿足設計要求，故對LPG船的結構進行強度分析是很有必要的。
對整船的結構作有限元分析，可得到船體結構的總縱強度分布，了解船體在其使用工況下的船體應力狀態(tài)和變形狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)船體結構應力較高的部位。在整船結構有限元分析的基礎上，選取船體的中部結構在典型工況下進行三維艙段的結構有限元分析，可作為整船分析的補充，重點分析艙段的局部強度了解總強度對局部強度的影響。按規(guī)范設計時總強度的判斷是采用船體梁剖面模數(shù)理論，即認為距離橫剖面中和軸相等的構件應力值是相同的，認為甲板或底部構件沿船寬方向應力是一致的。
實際上船體沿寬度方向的應力是變化的，在有開孔部位和特殊結構連接部位應力變化較大。此外，船體沿船長方向結構連接也會影響到船體結構舷側殼板的剪力分布，船殼線型變化較大部位都可能引起較大剪力變化。故對整船作有限元分析可視為規(guī)范設計的一種補充手段，通過分析揭示結構應力分布的不均勻性，及時發(fā)現(xiàn)船體高應力部位，使設計者能根據(jù)船體的應力分布狀態(tài)合理地使用材料，對高應力部位及早采取措施。此外，整船分析能真實地預報船體變形，便于對船體變形有特殊要求的部位進行控制。
本研究對液化氣船的船體結構強度進行了分析，建立了整船和船體主艙段的三維有限元結構模型，使用節(jié)點力的自動加載技術和慣性平衡處理技術建立有限元模型的節(jié)點載荷，對整船模型進行三維有限元分析，在中拱和中垂彎矩作用下，計算出船體在壓載和滿載工況下的船體應力和變形。通過對船體艙段的邊界處理技術，對受船體總強度影響的船體艙段局部強度進行了分析，從而對船體強度作出判斷。
船體在航行中分別承受著靜水壓力、波浪壓力、重力和貨物載荷等力的作用，從而產生船體的靜水彎矩和波浪彎矩。不同的靜水彎矩和波浪彎矩的疊加，構成了對應的各種外力計算工況，如壓載狀態(tài)中拱波浪彎矩工況、壓載狀態(tài)中垂波浪彎矩工況、滿載狀態(tài)中拱波浪彎矩工況和滿載狀態(tài)中垂波浪彎矩工況等，這些都是船舶運行中的典型工況。
由船體的吃水狀態(tài)可獲得沿船長的靜水彎矩分布，根據(jù)船體的裝載狀態(tài)可計算出作用在船體上的重力和貨物載荷，通過對船舶進行波浪彎矩預報和計算，得到波浪作用下沿船長分布的中拱和中垂波浪彎矩值，以上各種載荷的組合就構成了作用于船體的外載荷。船舶在波浪中航行時，受到波浪力和靜水力的合成作用，它們作為分布壓力垂直作用于船體的外表面。船舶和波浪的遭遇是隨機的，波浪也是不規(guī)則的，因而波浪力根據(jù)波浪方向的不同而來自各個方向。
根據(jù)船體波浪彎矩預報結果可得到波浪彎矩預報值和水動壓力(包括波浪力和靜水力)沿船體外表面的分布。在LPG船的液罐內裝載著液化氣，在壓載狀態(tài)下船體兩側壓載艙內還裝載著壓載水，根據(jù)液化氣和海水的比重及其液面高度可得到液罐和壓載艙內表面的壓力分布。
結構表面壓力分布轉化為節(jié)點力通過節(jié)點力自動加載技術，將作用于船體結構上的各種載荷轉化為節(jié)點集中力以用于有限元計算。這主要運用了線性分布載荷積分方法，對于船體有壓力分布的任意結構表面，可構成一系列三角形單元(四邊形單元可化為三角形單元)。對每一三角形單元可建立局部坐標系，對應的載荷強度分別為P1，PZ，P3，則這三個頂點的等效節(jié)點力F1，F(xiàn)Z，F(xiàn)，按如下原則求得：(1)構造一函數(shù)G，對三角形ABC所受的面壓力；(2)三角形的節(jié)點力合力和所產生的合力矩與承受的分布力等效；(3)將求出的F1，F(xiàn)Z，F(xiàn)3轉換成總坐標下的節(jié)點力，并將各單元在同一節(jié)點上所產生的等效節(jié)點力相疊加，即可得到該節(jié)點的節(jié)點力。
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