Buckling of Non-spherical MOSS-LNG Tanks
Master thesis
Date
2022Metadata
Show full item recordCollections
- Institutt for marin teknikk [3315]
Abstract
I dagens energimarked fortsetter etterspørselen ˚a øke av LNG. B˚ade av klimahensyn og politiske.Noe fokus har ogs˚a blitt rettet mot hydrogen som et fremtidig drivstoff for diverse motorer p˚agrunn av sitt svært lave klima avtrykk. LNG skip er allerede i full drift, men det er sett p˚a fleremuligheter for ˚a øke kapasiteten av transport. Blant annet ˚a øke kapasiteten av LNG-tankene ved ˚astrekke tankene til ikke sfæriske strukturer, b˚ade horisontalt og vertikalt. Frakt av hydrogen kreverfasiliteter for ˚a kjøle hydrogen til en svært lav temperatur for ˚a oppn˚a væskeform for transport itanker. Denne rapporten bygger videre p˚a tidligere arbeid av Gjestvang og Sanne om Moss ikkesfæriske LNG skip, men vil ha som fokus ˚a analysere knekkstyrken p˚a støtte skjørtet og hvordantemperaturen p˚avirker styrken og forskyvning.Først ble en oversikt av Moss Rosenberg design av sfæriske og ikke-sfæriske forklart og hvordan denstrukturelle konfigurasjonen til tanken og skjørtet. DNV sine retningslinjer for høyeste styrkevurdering av sfæriske skall ble utdypet og forklart. Fokuset var rettet mot to retningslinjer DNV-CG0134 ‘’ LNG-Skip for flytende gass med sfæriske tanker av type B” og DNV-RP-C202 ‘’ Knekkstyrkeav skall” hvor retningslinjer for b˚ade LNG tanker og skjørtet ble forklart. Viktigheten av formfeilble diskutert med hensyn p˚a redusert knekkstyrke av skjørtet.Det ble foretatt FEM-analyse av skjørtet i Abaqus. Her ble det sett b˚ade p˚a de termiske p˚avirkningeneav skjørtet og temperaturens fordeling, forskyvning og flyt. Det ble ogs˚a bli utført en knekkingsanalyse av skjøret som et resultat av aksial kraften p˚aført av tanken. Denne analysen ble kombinert med temperatur forskyvningene som forekommer av lasttemperaturen for ˚a finne reduksjoneni knekkstyrken.Egenverdi analysen viste at den elastiske knekkspenningen av skjørtet ikke ble betydelig redusertsom en følge av temperatur p˚avirkningene. Temperaturforskjellen førte til at knekk moden endretform fra knekking i nedre del av skjørtet til den øvre delen av st˚al seksjonen i skjørtet som enfølge av bøyingen. I den ikke lineære analysen av skjøret ble det funnet at den elasto-plastiskeknekk styrken ble redusert betydelig p˚a grunn av temperature-forskyvningen og bøyingen somoppst˚ar. Dette for˚arsaket flyt i den termiske bremsen i strukturen som har lavere flyt styrkeenn st˚alseksjonen. En ikke linear imperfeksjons analyse ble ogs˚a foretatt hvor dens p˚avirkning blediskutert og sammenlignet for modene som oppst˚ar av egenverdianalysene til de forskjellige lastene.Det ble foretatt analyser av skjørtet med økt tykkelse i deler av strukturen hvor marginene forknekking i andre deler av strukturen ble identifisert og knekk-modene diskutert.En modell ble laget av et sammensatt skjørt og tank struktur og analysene for elastisk og elastoplastisk knekking ble utført. Det ble funnet veldig like resultat som ble diskutert hvor nødvendigdet vil være ˚a forta en modell med b˚ade skjørt og tank ved kun behov av analyse for skjørtet.Randbetingelsene som ble benyttet p˚a skjøret illustrerte koblingen til tanken godt. In today’s energy market, demand for LNG continues to increase. Both for climate and politicalreasons. Focus has also been directed at hydrogen as a future fuel for various engines due to itsvery low climate footprints. LNG vessels are already in full operation, but several opportunitieshave been considered to increase the capacity of transport. Among other things, to increase thecapacity of the LNG tanks by stretching the tanks to non-spherical structures, both horizontallyand vertically. Transport of hydrogen requires facilities to cool hydrogen to a very low temperaturein order to obtain liquid form for transport in tanks. This report builds on previous work byGjestvang and Sanne on Moss non-spherical LNG vessels, but will focus on analyzing the bucklingstrength of the support skirt and how the temperature affects the strength and displacement.This report first gave an overview of Moss Rosenberg’s design of spherical and non-spherical andexplains the structural configuration of the tank and skirt. DNV’s guidelines for the higheststrength assessment of spherical shells were elaborated and explained. The focus was on twoguidelines DNV-CG-0134 ”Liquefied gas carriers with spherical tanks of type B” and DNV-RPC202 ”Buckling Strength of Shells” where guidelines for both LNG tanks and the skirt wereexplained. The importance of shape defects was discussed with regard to reduced buckling strengthof the skirt.FEM analysis of the skirt buckling was performed in Abaqus. Here, both the thermal effects ofthe skirt and the temperature distribution, displacement and flow were considered. A bucklinganalysis of the skirt was also performed as a result of the axial force applied by the tank. Thisanalysis was combined with the temperature-displacements that occur of the cargo temperatureto find the reduction in the buckling strength.The eigenvalue analysis showed that the elastic buckling stress of the skirt was not significantlyreduced due to the temperature effects. The temperature difference caused the buckling mode tochange shape from buckling in the lower part of the skirt to the upper part of the steel section ofthe skirt as a result of the bending. In the non-linear analysis of the fragments, it was found thatthe elasto-plastic buckling strength was significantly reduced due to the temperature shift and thebending that occurs. This caused in the thermal brake in the structure which has lower strengththan the steel section. A non-linear imperfection analysis was also performed where its influencewas discussed and compared for the modes that arise from the eigenvalue analysis of the differentloads. An analysis of the skirt with increased thickness was performed in parts of the structurewhere the margins for buckling in other parts of the structure were identified and the bucklingmodes discussed.A model was made of a composite skirt and tank structure and analysed for elastic and elastoplastic buckling was performed. It was found very similar results in the analysis between the twomodels and the necessity of the tank in the model was discussed. The boundary conditions usedon the skirt illustrated the connection to the tank well.