带环形隔板和基础隔震圆柱形储液罐的动力响应研究

发布时间：2020-08-05 21:26

【摘要】：大型立式圆柱形储罐是构建国家油气安全保障体系的重要设施之一,其主要的特点是容积大、罐壁薄。但以其自身的刚度和延性来抵抗地震的作用,则不能确保储罐的安全,易遭受火灾、爆炸等毁灭性灾害。基于现有的研究进展,本文选取带环形隔板和基础隔震的刚性储液罐为研究对象,研究了隔板与基础隔震的综合防护机制的效果,主要研究内容如下:(1)对于带环形隔板的流体区域,通过流体子域法、分离变量法和振型叠加法,求得带环形刚性隔板圆柱形储液罐中流体晃动的固有频率和模态。选取铅芯橡胶支座作为基础隔震的装置。将速度势函数代入到自由液面方程,并利用流体自由晃动模态的正交性和达朗贝尔原理,建立了带环形刚性隔板和基础隔震储液罐的动力响应方程。根据带刚性隔板和基础隔震的储液罐的地震响应结果,详细地讨论了隔震支座周期大小、隔板大小和隔板位置对储罐减震效果的影响。(2)基于带刚性隔板储罐中流体速度势的求解方法,得到带弹性隔板储罐中流体速度势函数的解。将速度势函数代入到弹性隔板的动力学方程和自由液面波高方程,并根据等效力学原则,建立带环形弹性隔板和基础隔震储液罐的等效力学模型。根据带弹性隔板和基础隔震的储液罐的地震响应结果,详细地讨论了隔震支座周期大小、隔板大小和隔板位置对储罐减震效果的影响。(3)引入广义坐标以扩展自由液面波高和速度势,包括Stokes-Joukowski势。基于流体子域法,创新地提出一种求解Stokes-Joukowski势的方法。根据自由液面上的运动学和动力学的边界条件,建立带多层刚性环形隔板储液罐的动力响应方程。利用ADINA软件得到的数值结果,验证了该动力响应方程的正确性。根据俯仰激励下的响应结果,详细地讨论了隔板参数和俯仰激励频率对储液罐动力响应的影响。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TE972
【图文】：

图 1.1 日本 Tokachi-oki 地震引发储罐火灾Figure 1.1 Tank fire caused by the earthquakein Tokachi-oki, Japan图 1.2 日本 311 大地震引发的储罐爆炸Figure 1.2 Tank explosion caused by the 311earthquake in Japan大型立式圆柱形储罐的主要特点是容器体积较大、罐壁厚度较小，凭借本身的刚度和延性则不能确保储罐在地震等灾害下的安全。当遇到地震等灾害，储罐易发生火灾、爆炸等毁灭性的破坏[2]。如图 1.1 所示，在 2003 年发生于日本的Tokachi-oki 地震中，一些大型立式圆柱形储罐因罐中液体大幅晃动引起储罐破坏

图 1.1 日本 Tokachi-oki 地震引发储罐火灾Figure 1.1 Tank fire caused by the earthquakein Tokachi-oki, Japan图 1.2 日本 311 大地震引发的储罐爆炸Figure 1.2 Tank explosion caused by the 311earthquake in Japan大型立式圆柱形储罐的主要特点是容器体积较大、罐壁厚度较小，凭借本身的刚度和延性则不能确保储罐在地震等灾害下的安全。当遇到地震等灾害，储罐易发生火灾、爆炸等毁灭性的破坏[2]。如图 1.1 所示，在 2003 年发生于日本的Tokachi-oki 地震中，一些大型立式圆柱形储罐因罐中液体大幅晃动引起储罐破坏

带环形隔板和基础隔震圆柱形储液罐的动力响应研究在地震等自然灾害下，大型立式圆柱形储液罐所遭受的灾害主要包括[5]：（1）储罐侧壁的破坏：其破坏的主要形式分别为在罐壁下面部分的“象足式.曲”(图 1.3)，罐壁上面部分的 “菱形褶皱”(图 1.4)。对于“象足式.鼓曲”现象的原，国内外的专家有不同的观点。一部分专家认为是由于轴向.应力和环向.应力联造成的破坏，另一部分专家认为是地震作用力导致立式储罐罐壁.失去稳定，进产生这种破坏现象。“菱形折皱”现象产生的原因是储罐侧壁的轴向压应力超过许用压应力。

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本文编号：2781897