液化天然气货舱围护系统中绝缘材料对晃荡冲击压力的影响机制研究

本文创新性地通过可替换柔性面板的模型实验与流体-结构耦合(FSI)模拟，揭示了液化天然气(LNG)货舱围护系统(CCS)中绝缘材料柔性对晃荡冲击压力的衰减效应。研究发现聚氨酯泡沫(PUF)面板通过空气缓冲效应、膜波纹储能和局部弹性变形三重机制，最高可降低30%冲击压力（p<0.05），为新一代LNG船低应力CCS设计提供了量化依据。

　　

研究亮点

本研究通过1/50比例模型实验与LS-DYNA流体-结构耦合(FSI)模拟，首次量化了液化天然气(LNG)货舱围护系统(CCS)中柔性绝缘面板的冲击压力衰减效应。实验采用独创的可替换式角部面板设计，成功捕捉到聚氨酯泡沫(PUF)面板通过空气缓冲、膜波纹储能和局部弹性变形三重机制实现的动态响应。

关键发现

• 柔性面板使冲击压力峰值降低10-30%，且衰减效果与面板柔度呈正相关

• 数值模拟验证了水冲击速度每增加1m/s，柔性面板压力衰减率提升15%

• 威布尔分布分析显示，在3小时等效海况下，最大可能压力(MPM)降幅达22.7kPa

创新方法

开发了集成压力传感器阵列的可变形角部模块，突破传统刚性模型限制。通过峰值超阈值(POT)算法处理5小时实验数据，结合Froude相似准则，建立了首个能反映实际CCS压缩刚度的多尺度仿真模型。

结论

柔性绝缘材料通过以下机制显著降低晃荡载荷：

1. 1.

   空气缓冲效应延迟压力上升时间

2. 2.

   不锈钢膜波纹(0.7-1.5mm)促进气穴形成

3. 3.

   聚氨酯泡沫(PUF)的厚度方向压缩吸收冲击能量

   该成果为高柔性CCS设计提供了实验与数值双重验证平台。