XXXXX低温液体罐式集装箱产品结构强度计算书

20英尺低温液体罐式集装箱产品结构强度计算书

（产品设计图号：XXXXXXXXX）

计算单位：XXXXXXXXXXXX有限公司

审查单位：中国船级社XXXXXXXXXX

二○一一年X X月

一、概述

本计算旨在确定该罐式集装箱（XXXXXXXXX）在各种工况下结构的应力水平，以确认其产品结构是否符合《集装箱检验规范》和《国际海运危险货物规则》中的有关要求。本计算书的主要依据：

1．《集装箱检验规范》（中国船级社）

2．《国际海运危险货物规则》（IMDG CODE）

3．低温液体罐式集装箱设计图纸及相关技术资料（图号：XXXXXXXX）该罐式集装箱的基本设计参数见下表1-1说明。

表1-1XXXXXXXX罐式集装箱的基本设计参数

装载介质：XXX 罐箱最大总质量：30480 kg

罐体内罐封头设计厚度：16.81 mm 罐体内罐筒体设计厚度：16.94 mm

罐体外罐封头设计厚度：6.95 mm；腐蚀裕度：1.0 mm 罐体外罐筒体设计厚度：6.0 mm；腐蚀裕度：1.0 mm

罐体内罐体材料：SA – 612N设计压力（内罐/外罐）：2.27/0.1 MPa 罐体外罐罐体材料：Q345R 屈服强度：345 MPa 许用应力：230 MPa 集装箱外框架材料：Q345-D 屈服强度：345 MPa 许用应力：230 MPa

本计算书包括的计算内容有：

■《国际海运危险货物规则》中规定的关于罐式集装箱进行的如下试验项目：堆码试验。

■《国际海运危险货物规则》中规定的在最大工作负荷下加如下惯性力：

1）在运动方向：总质量的两倍即2Rg，本罐箱需考虑前、后两个方向上的惯性力；

2）垂直向下：总质量的两倍即2Rg；

3）垂直向上：总质量即1Rg；

4）在与运动方向成直角的水平方向：总质量即1Rg。

本次计算应用了美国ANSYS公司开发的商用有限元ANSYS计算软件来进行该罐箱产品结构的分析与计算。采用罐箱整体结构的有限元计算模型，其罐箱内外罐罐体、内外加强圈、连接圆筒、外框架梁等附件板结构均使用ANSYS计算软件中的板单元（SHELL181）来模拟，其罐体夹套内的八个玻璃钢支撑结构件使用ANSYS计算软件中的三维实体单元（SOLID185）来模拟。罐箱结构的有限元计算模型下端四个角柱的底端为固支位移边界（即栓固）。该罐箱整体结构的有限元计算模型共使用了307662个SHELL181单元、26496个SOLID185单元，共340898个节点。

XXXXXXXXX罐箱产品整体结构的有限元计算模型实体图及单元网格划分图见图1、2所示。本计算书所给出的罐箱罐体和外框架结构上的应力均为Von Mises当量应力（对应于材料力学中的第四强度当量应力，下面以符号σxd4来表示），其应力单位为：N/mm2 即MPa。

图1 XXXXXX罐箱产品整体结构的有限元计算模型实体图

图2 XXXXXX罐箱产品整体结构的有限元单元网格划分图

二、堆码试验工况的计算

根据《国际海运危险货物规则》中规定的堆码试验项目要求：该型罐箱外框架的四个立柱顶端上需加不小于4×942000N的垂直向下的力，即外框架每个立柱顶端上所加的力F =942000N。计算结果见下图3所示。

图3罐箱（外框架）结构在堆码试验工况下的σxd4 应力云图

由上述图3的应力计算结果云图表明：在堆码试验工况下，该型罐箱外框架角柱附近最大当量应力为308.9 N/mm2；另外，该型罐箱外框架角柱及框架梁结构材料的屈服强度为345.0 N/mm2。

三、常温环境下最大工作负荷加运输惯性力工况的计算

按《国际海运危险货物规则》中规定的在最大工作负荷下加运输各方向上的惯性力工况计算：1）另加在运动方向向前2g加速度的计算，下面简称前冲2g工况；2）另加在运动方向向后2g加速度的计算，下面简称后冲2g工况；3）另加垂直向下2g加速度的计算，下面简称下冲2g；4）另加垂直向上1g加速度的计算，下面简称上冲1g工况；5）另加与运动方向成直角的水平方向1g加速度的计算，下面简称侧冲1g工况。

考虑到该罐箱的内外罐罐体尤其是内罐结构属于压力容器设备，其设备结构主体及局部应力已按压力容器有关规范予以校核合格；因此，限于篇幅，本计算报告对该罐箱罐体中内罐及其附件结构上的应力不予输出，主要输出该型罐箱外罐罐体、前后连接圆筒与外框架梁结构上的（总体平均薄膜）应力值，以方便对罐箱产品结构进行（一次）强度校核。

1．在运输前冲2g工况下的计算结果

XXXXXXXXX罐箱产品结构在该运输工况下外罐罐体、连接圆筒、外框架梁等结构上的应力值见下图4、5、6所示。由应力计算结果云图可知，外罐体上最大应力在前端下支撑垫板附近结构上，其值为129.3 N/mm2；连接圆筒上最大应力在前端连接圆筒与外框架梁连接附近区域上，其值为169.9 N/mm2；外框架上最大应力在前下角柱（若干刚架梁交汇处）下端局部区域上，其值为157.5 N/mm2。

图4罐箱（外罐体）结构在前冲2g工况下的σxd4 应力云图

图5罐箱（连接圆筒）结构在前冲2g工况下的σxd4 应力云图

图6罐箱（外框架梁）结构在前冲2g工况下的σxd4 应力云图

2．在运输后冲2g工况下的计算结果

XXXXXXXXX罐箱产品结构在该运输工况下外罐罐体、连接圆筒、外框架等结构上的应力值见图7、8、9所示。同样，由其应力计算结果云图可知，外罐体上最大应力在后端下支撑垫板附近结构上，其值为125.8 N/mm2；连接圆筒上最大应力在后端连接圆筒与外框架梁连接附近区域上，其值为166.5 N/mm2；外框架上最大应力在后下角柱（若干刚架梁交汇处）下端局部区域上，其值为155.9 N/mm2。