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油罐浮顶结构有限元分析的载荷研究

发布于:2016-04-27 21:08
有限元分析

      浮顶油罐是目前国内外大型和中型油罐中最常用的一种形式。在这类油罐中,浮顶结构分为单盘式和双盘式两种,其中单盘式浮顶结构广泛用于大型油罐中。实际运营中的浮顶结构,单盘上经常会沉积雨水而使得浮顶结构发生较大变形。在浮顶结构设计的有关规范中,要求浮顶结构在一定的降雨量情况下不能出现强度问题、稳定问题以及沉船事故等。因此对浮顶结构进行受力强度分析以及变形分析具有重要的意义。
      由于实际运营中的浮顶结构受力状况较为复杂,且其受力与变形相互耦合相互影响,因此国内外很多研究者提出了多种分析求解方案。英国的Mitchell在1973年首次对单盘式浮顶的强度和稳定问题进行了系统分析,其中把单盘简化成薄膜来考虑,后来以Epstein为代表的一些美国研究者进一步分析了单盘式浮顶中的应力问题,日本的梅木哲二等在1985年对Epstein的计算方法进行了改进,分析了单盘式浮顶在雨水载荷作用下变形和强度问题,此外,吉田圣一还利用轴对称有限元分析方法对浮顶结构单盘的应力和强度进行了数值分析。国内对浮顶结构的力学分析首先由中科院力学所完成,中科院力学所在20世纪60年代曾对单盘式浮顶结构进行过经典力学分析,并给出了单盘挠度的近似计算公式。清华大学的袁驷等在1998年根据薄板大挠度弯曲理论提出了ODE(常微分方程)求解器方法分析浮顶结构单盘的变形问题,其中的单盘包括了带有中心浮舱和不带中心浮舱的两种形式。
      以上研究基本以解析方法和近似计算方法为主,这些方法都是基于轴对称模型建立求解方案,无法用于复杂形式的浮顶结构的分析(如带有立筋、连续梁等结构的浮顶)。由于有限元方法(FEM)目前广泛用于求解多种工程问题,因此有必要进一步发展浮顶结构的有限元计算分析模型,尤其是用于一些大型复杂的浮顶结构分析模型和有关计算方法。
      本研究通过对单盘式浮顶结构的力学分析,建立了浮顶结构受力与变形之间的关系,即给出了载荷与挠度的关系式,并在此基础上提出了浮顶结构有限元分析的载荷修正法。这一方法的基本思想是:首先利用有限元方法对浮顶结构进行几何大变形非线性分析,然后根据计算结果通过迭代修正计算来调整载荷大小,使得计算得到的载荷与挠度满足给定关系式,从而最终获得浮顶结构的变形与受力情况。最后,通过具体算例分析,本研究方法的计算结果与传统近似方法的计算结果以及试验结果进行了对比,验证了本方法的有效性和可靠性。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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