随着世界经济的不断发展,人们对于环保的要求也越来越高,液化天然气(LNG)作为一种清洁、高效的能源,被越来越广泛地使用,同时越来越多的LNG储罐也被设计建造。运行中的LNG储罐一旦发生破坏,往往会造成巨大的经济损失,甚至人员伤亡。因此,对LNG储罐的安全性研究对工程设计制造有着重要的指导意义。此外,目前国内外还没有用于储罐强度计算的专用软件,结构计算都需要具备专业知识的人员来进行,使得项目进度缓慢、项目成本增加,所以开发一款专门用于LNG储罐强度计算的软件显得尤为迫切。本文以7500 m~3LNG双金属全容罐为具体研究对象,对运行中的LNG储罐的温度场和应力场进行有限元计算与仿真,并给出其安全性评估结果。本文研究内容主要有以下几点:1、根据提供的项目书和设计图纸,利用ANSYS建立了有限元模型,包括用于热分析的轴对称模型和用于强度分析的实体模型,并按照LNG相关规范要求,施加相应的边界条件和载荷条件,完成了全部的热分析和结构分析和计算。2、提出了二维轴对称模型与三维实体模型相结合的热-结构耦合计算方法,专门用于LNG等低温化学品储罐的热应力计算。考虑到隔热材料与结构材料的不同特性,在轴对称热分析模型中忽略了高传热的金属壳体材料,而在三维结构模型中忽略了低弹性模量的隔热材料(例如弹性棉),热分析和结构分析利用节点坐标对应关系和ANSYS/APDL实现了自动耦合计算。这种方法具有减小计算规模、节约计算成本的显著优点。通过自编算例和实际储罐计算,证明了这种计算方法具有很好的计算精度和易用性。3、分析了有限元计算的结果并发现:LNG储罐在夏季正常运行工况下的温度场分布正常,热角保护系统很好的发挥隔热作用,而且根据泄漏分析结果,其能有效地减缓泄漏工况下低温LNG液体对外罐的热冲击。利用ANYSY建立的液固耦联振动模型符合工程实际。计算中还发现:在SSE地震作用下,LNG储罐的应力值更大,且最不利部位在储罐的底部,这与工程实际中LNG储罐破坏的实际调查结果相符。4、以ANSYS为基础,利用Matlab程序编辑软件开发了一款低温压力容器有限元分析软件包,软件包包括稳态和瞬态温度场分析、正常使用状态应力与强度分析、承载力极限状态应力与强度分析功能,采用图形界面输入和文件交互输入,在不需要专门知识的情况下,即可以完成实际工程中LNG储罐的有限元计算。