10万m~3浮顶罐在罐底沉降及风载荷作用下的屈曲行为分析与实验研究

发布时间：2017-08-22 19:08

  本文关键词：10万m~3浮顶罐在罐底沉降及风载荷作用下的屈曲行为分析与实验研究

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【摘要】：10万m~3变壁厚浮顶储罐是目前我国石油和化工领域使用最广泛的储存装置。由于储罐容积大且多数建立在地基比较松软的沿海回填地区,在储罐底部通常产生一定程度的不均匀沉降。同时,建立在沿海地区的储罐极易遭受风灾。当罐底不均匀沉降值或罐壁所受风载荷达到一定值时,极易造成储罐壳体的屈曲现象。本文将罐底沉降形式分为罐底平面倾斜沉降和罐底谐波沉降两种方式对实际储罐模型进行数值分析,同时对带有与实际储罐相同结构的抗风环梁的浮顶储罐进行风载荷作用下的屈曲行为分析。最终通过设计制作一套储罐沉降实验装置,对储罐模型进行试验研究,对比数值分析与试验研究的分析结果,从而验证有限元仿真的可靠性。本文主要工作如下：(1)目前国内外对储罐罐底谐波沉降的研究比较多,对罐底平面倾斜沉降的研究略有不足。本文通过对罐底施加平面倾斜沉降,分析罐壁应力及变形情况并得到空罐及不同液位下的极限沉降值。通过与规范中的允许值对比,发现规范中的允许沉降值过于保守,通过有限元分析发现储罐在罐底平面倾斜沉降下能够承受比规范中所规定的更大的沉降值。(2)分析了储罐在罐底不同波数谐波沉降下的屈曲行为,并且分别对比储罐在罐底谐波沉降下有无罐顶包边角钢以及罐内液压对罐壁屈曲行为的影响。得出在罐底不同波数沉降下罐壁的屈曲模态形式有所不同,对应的极限谐波沉降值也会产生变化。(3)对比分析10万m~3变壁厚浮顶储罐在有无抗风环梁条件下受风载荷作用时储罐罐壁的屈曲模态。得到在不同条件下储罐能够承受的极限风载荷值,并给出储罐受风载荷作用发生罐壁屈曲时的危险位置,给储罐在实际建造以及使用中一些合理化的建议。(4)通过搭建的实验装置对储罐在罐底谐波沉降下罐壁的力学性能进行分析。试验测得罐壁模型上的应力分布情况以及罐壁的径向变形值。初步了解罐壁材料在弹性范围以及材料进入塑性屈服阶段的罐壁力学性能。对比数值分析与试验结果,从而验证有限元仿真的可靠性。
【关键词】：浮顶储罐 平面倾斜沉降 谐波沉降 屈曲 抗风环梁 试验研究
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ053.2;TE65
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-14
• 1 绪论14-28
• 1.1 研究背景与意义14-20
• 1.1.1 石油储罐的结构与分类16-17
• 1.1.2 罐周沉降形式17-20
• 1.2 国内外发展现状20-21
• 1.2.1 早期研究20
• 1.2.2 储罐整体不均匀沉降下的屈曲行为研究现状20-21
• 1.2.3 储罐谐波沉降下的屈曲行为研究现状21
• 1.3 壳体结构的实验研究21-23
• 1.3.1 壳体结构的基本假设21-22
• 1.3.2 壳体屈曲的基本理论22
• 1.3.3 壳体结构初始缺陷敏感性22-23
• 1.4 圆柱形薄壳理论基本方程23-26
• 1.4.1 薄壳结构内部的基本方程23-25
• 1.4.2 圆柱形壳体的无矩理论25-26
• 1.5 课题来源及内容26-28
• 1.5.1 课题来源26
• 1.5.2 本文研究内容26-28
• 2 10万立方米变壁厚浮顶储罐在平面倾斜沉降下的屈曲行为分析28-43
• 2.1 非线性有限元软件ABAQUS的介绍28
• 2.2 10万立方米浮顶储罐的平面倾斜沉降非线性屈曲分析28-30
• 2.2.1 线性屈曲与非线性屈曲28-29
• 2.2.2 弧长法的基本原理29-30
• 2.3 储罐模型的计算参数30-31
• 2.4 载荷条件31-32
• 2.5 边界条件32-33
• 2.6 有限元模型的建立33
• 2.7 网格无关性验证33-34
• 2.8 计算结果的处理与分析34-42
• 2.8.1 空罐时储罐罐底平面倾斜沉降屈曲分析34-37
• 2.8.2 空罐时储罐罐底平面倾斜沉降罐壁应力及位移分析37-39
• 2.8.3 罐底平面倾斜沉降与液压协同作用下罐壁应力及位移分析39-41
• 2.8.4 有限元分析结果与规范对比分析41-42
• 2.9 本章小结42-43
• 3 10万立方米变壁厚浮顶储罐在谐波沉降下的屈曲行为分析43-62
• 3.1 力学模型的建立43-44
• 3.1.1 模型计算参数43
• 3.1.2 有限元模型的建立43-44
• 3.1.3 模型边界及载荷条件44
• 3.2 10万立方米变壁厚浮顶储罐在谐波沉降下的屈曲行为44-58
• 3.2.1 浮顶罐无包边角钢时在谐波沉降下的屈曲行为45-53
• 3.2.1.1 屈曲模态45-47
• 3.2.1.2 临界谐波沉降值47-53
• 3.2.2 浮顶罐有液压无包边角钢时在谐波沉降下的屈曲行为53-58
• 3.3 浮顶罐有无包边角钢时在谐波沉降下的屈曲行为对比分析58-60
• 3.4 本章小结60-62
• 4 10万立方米变壁厚浮顶储罐在风载荷作用下的屈曲行为分析62-83
• 4.1 储罐受风载荷作用的研究背景及风的特性62-65
• 4.1.1 储罐受风载荷作用研究背景62
• 4.1.2 风的自然特性62-64
• 4.1.2.1 风的形成原理和级数62-63
• 4.1.2.2 风速与风压的换算63-64
• 4.1.3 风载荷的周向分布64-65
• 4.2 无抗风环梁的浮顶储罐在风载荷作用下的屈曲行为分析65-71
• 4.2.1 力学模型的建立65-66
• 4.2.2 结构网格的划分66
• 4.2.3 边界条件66-67
• 4.2.4 无抗风环梁及包边角钢储罐在风载荷作用下的屈曲分析67-69
• 4.2.5 无抗风圈储罐在风载荷作用下的应力及位移分析69-71
• 4.3 有抗风环梁的浮顶储罐在风载荷作用下的屈曲行为分析71-76
• 4.3.1 力学模型的建立71-72
• 4.3.2 结构网格的划分72-73
• 4.3.3 边界条件73
• 4.3.4 有抗风环梁及包边角钢储罐在风载荷作用下的屈曲分析73-75
• 4.3.5 有抗风圈储罐在风载荷作用下的应力及位移分析75-76
• 4.4 有液状态下带抗风环梁储罐受风载荷作用的分析76-80
• 4.5 对比罐顶抗风环梁对储罐屈曲行为的影响80-82
• 4.6 本章小结82-83
• 5 金属浮顶壳体试验研究83-100
• 5.1 概述83-85
• 5.2 试验模型与装置的总体情况85-89
• 5.2.1 试验台刚性平台85
• 5.2.2 沉降产生装置的设计85-87
• 5.2.3 储罐模型的设计与制作87-89
• 5.3 试验过程89-91
• 5.3.1 应变片的位置分布89-90
• 5.3.2 谐波沉降加载方式90-91
• 5.4 试验结果91-96
• 5.5 实验结果与有限元分析结果对比96-98
• 5.6 本章小结98-100
• 6 总结与展望100-102
• 6.1 总结100-101
• 6.2 展望101-102
• 参考文献102-105
• 作者简介105

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本文编号：720865