风载荷作用下球形储罐的流固耦合分析

以某石化企业的丙烷球形储罐为研究对象，在ANSYS Workbench平台上充分考虑球罐的几何完整性和风载荷分布不均匀性，进行流固耦合计算分析。具体方法是先对球形储罐的外部空气流场进行三维数值模拟得到绕流流场分布，然后将流场计算结果加载到球形储罐外表面，进行结构静力学分析。结果表明：风在球形储罐附近发生绕流时，流速先增大后减小，并在球壳和支柱背风面形成漩涡，流动分离的位置随风速增大向后推迟；风流在球形储罐迎风面形成正压区，在非迎风面形成负压区，球壳迎风面风压呈同心圆环形对称分布，由中心向边缘风压逐渐减小；球形储罐在风载荷作用下的应力较设计工况下的显著增大，经应力线性化分析和强度校核，该球形储罐满足标准要求。     

基于数值模拟的大型原油储罐热辐射响应研究

为了得到一定热辐射条件下储罐的失效时间,对大型原油储罐在热辐射作用下的热响应进行研究,提出基于数值模拟的分析方法。利用FDS软件构建10万m~3原油储罐燃烧模型,模拟得出邻罐所受到的热辐射强度分布;利用ANSYS软件构建10万m~3原油储罐受热模型,分析储罐受到热辐射时的温度场分布;考虑储罐钢材的热物理性质,分析储罐在考虑热应力和不考虑热应力这2种条件下各自的失效时间。研究结果表明:考虑热应力时储罐经过245 s便发生失效,不考虑热应力时储罐理论失效时间超过3 600 s,可见大型原油储罐区火灾事故中热应力是储罐受热失效的关键因素。     

基于热-结构耦合的高炉无钟炉顶阀箱疲劳寿命预测

根据装料设备的工作流程,确定阀箱3种最不利的载荷工况;基于热-结构耦合理论并利用有限元分析软件ANSYS研究阀箱在温度载荷和机械载荷作用下的热-结构耦合问题,得到实际工况下阀箱的温度场、应力场以及危险部位的应力谱;依据裂纹萌生和扩展理论对阀箱进行疲劳寿命预测.研究结果表明,在3种载荷工况作用下阀箱应力均低于材料的屈服强度,其安全系数为1.8～3.2,且阀箱的变形在允许范围之内,阀箱静强度及刚度满足要求;阀箱疲劳寿命大于107,也满足要求.     

热-结构耦合的高炉炉壳静强度及疲劳强度分析

通过工程传热分析计算出冷却模块内冷却水与水管内壁的对流换热系数以及炉壳外表面的综合换热系数,并根据还原炉的工作流程,确定了3种载荷工况;然后借助大型通用有限元分析软件ANSYS,采用热-结构耦合的方法计算了高温状态下炉壳的温度分布、热-结构耦合应力场。模拟计算结果表明,在工况载荷作用下,炉壳各部位最大Von mises应力均远远小于材料的屈服极限,炉壳静强度满足要求。对各节点按Goodman-Smith疲劳极限图进行疲劳评定,炉壳的疲劳强度也满足要求。     

爆炸冲击波与碎片耦合作用下化工储罐易损性研究

开展爆炸冲击波与碎片耦合作用下储罐易损性研究有助于提升化工园区的安全水平。基于能量密度与最大塑性应变准则,综合考虑爆炸冲击波和爆炸碎片的作用顺序及强冲击荷载作用下钢材的应变率效应,建立爆炸冲击波与碎片耦合作用下化工储罐破坏失效的极限状态方程。通过有限元模拟对比分析储罐理论临界破裂速度与数值模拟结果,验证了方程的合理性。对5 000 m³立式拱顶储罐易损性结果分析可知：材料应变率效应可削弱爆炸冲击波与碎片耦合作用对化工储罐造成的破坏,降低储罐易损性;爆炸冲击波、碎片的作用顺序会显著影响储罐的失效概率,且碎片先于冲击波作用时储罐易损性更高;由单一变量分析可知,耦合作用下储罐的易损性与爆源强度、碎片撞击载荷均呈正相关,但与碎片撞击角呈负相关。研究结果对预防由爆炸冲击波与碎片耦合作用导致的多米诺效应事故发生及制定事故防控策略具有指导意义。     

外部时变热流对液化气体储罐的热响应规律

火灾高温环境极易诱发临近液化气体储罐发生沸腾液体膨胀蒸气爆炸(BLEVE)事故。为研究火焰热辐射作用对液化气储罐及内部介质的热作用规律,本文建立以辐射加热源模拟外部火焰作用,过热水为介质的小型储罐BLEVE实验模拟装置。实验结果表明:储罐接收外部热作用时间越长,其泄爆产生的压力反弹越剧烈;外部热作用强度的增大,提升了储罐内部压力响应速率;储罐气相空间的加热作用可以提高内部温度分层度,气相加热面积越大,分层程度越大,从而泄爆后的压力反弹越低。     

集中载荷作用下超静定等强度梁的体积优化设计

利用阶梯折算法，研究了集中载荷作用以及几何约束条件下，一次超静定等强度梁的体积优化设计．用实例给出了在集中载荷作用下的等强度梁与等截面梁的体积对比.     

地铁车轮辐板热-机疲劳强度分析

针对地铁车轮因频繁制动而导致的车轮疲劳失效问题,在ANSYS平台通过有限元仿真法,模拟磨耗到限车轮单独机械载荷作用和制动热载荷与机械载荷共同作用两种工况下车轮应力场分布。模拟30次连续停车制动工况车轮温度场和热应力场变化,并将最大应力场对应的温度场作为体载荷施加到机械载荷应力场分析中进行热机耦合分析。基于UIC510-5标准中多轴转化为单轴疲劳强度评估方法,利用Fortran语言编写疲劳强度评估程序,对两种工况下车轮辐板静强度和疲劳强度进行评估,并对比分析两种工况下辐板材料利用度。结果表明在制动热载荷作用下,车轮辐板最大von_Mises应力和材料利用度分别增加54%和70%,制动热载荷对辐板静强度和疲劳强度有显著影响。     

大型储罐地震作用下罐壁抗失稳可靠度分析

大型储罐在地震作用下的典型破坏形式是"象足"屈曲破坏,而轴向压应力是"象足"屈曲破坏的主要因素。结合实际工程情况,运用大型通用有限元分析软件Adina对大型储罐在不同地震烈度、储液深度下的罐壁轴向压应力进行地震作用下的数值模拟,并运用可靠性分析的JC法,分析大型储罐不同储液深度、不同地震烈度下的罐壁抗失稳可靠度情况。结果表明:在同一地震烈度下,随着储罐储液深度的增加,储罐罐壁的轴向压应力将随之增大;大型储罐同一地震烈度下储液深度越大,罐壁轴向抗失稳可靠度越低;在实际工程设计中应该首先进行工程场地地震安全性评价,尽可能避开地震带。     

航天回收用降落伞材料强度验证方法

为了使地面材料试验能够尽可能地模拟降落伞真实工作状态，改进降落伞的设计验证方法，根据降落伞实际应用工况开展了降落伞常用织物材料在疲劳载荷、双轴拉伸载荷和垂直平面载荷作用下的试验研究，提出了织物受垂直平面载荷作用的载荷计算方法。研究结果表明：疲劳载荷降低了降落伞常用织物材料锦纶的断裂伸长率，使拉伸断裂功变小，降低了织物的动载载荷承受能力；在双轴拉伸载荷作用下，2种降落伞常用的锦纶平纹织物材料的拉伸强度未出现与单轴拉伸强度有明显差异的现象；在垂直平面载荷作用下，锦纶织物的断裂强力小于材料标称断裂强力，强度损失最高约16%,试验结果可应用于降落伞强度设计系数计算中，以指导产品设计。     

大型LNG储罐外罐环向预应力筋布置优化

大型LNG(液化天然气)储罐的外罐采用预应力混凝土结构,用来负责收集由于偶然原因从內罐中渗漏出的液化天然气。內罐在泄漏状态下内力分布和变形较为复杂。我国LNG事业起步较晚,国内对大型LNG储罐外罐的研究较少,尚不能完全自主设计大型LNG预应力储罐。为打破大型LNG储罐国外技术垄断,实现国内自主设计提供理论依据,以某16万m3LNG储罐为例,应用大型有限元软件ANSYS对內罐泄漏状态下的外罐进行有限元分析。根据內罐泄漏状态下外罐应力和变形规律,逐步优化外罐环向预应力筋配置。最终提出合理的环向预应力筋布置方案。     

大型储罐工程抗震设计交互系统的构建

为了满足大型储罐抗震设计的地震动响应数据需求,基于有限元法建立大型储罐有限元数值分析模型,采用时程分析法获取大型储罐抗震设计地震动响应数据,构建抗震设计地震动响应数据库。针对大型储罐结构抗震设计需要,设计大型储罐工程抗震设计交互系统,实现工程技术人员在四类场地、三种抗震设防烈度下的大型储罐结构抗震交互设计,提高了大型储罐抗震设计的效率。     

内罐泄漏条件下LNG储罐预应力混凝土外墙时程分析

针对内罐泄漏条件下圆柱形预应力LNG储罐混凝土外墙,利用ANSYS软件建立储罐外墙有限元模型.在不同地震波作用下,将动液压力解析解与地震荷载同时作用于储罐外墙,进行动力响应分析.结果表明:地震波波形对结构动力反应的影响比较大.预应力筋效应能对储罐外墙起到抵消环向应力的作用.不同预应力构件在同种地震波作用下,同一位置同一时刻的环向应力大小相差为0.01%～3.81%;Taft波产生的环向应力较大.通过比较各构件的受力特性为实际工程配置预应力钢筋率提供理论依据和数值分析.     

立式储罐环墙滚动隔震体系地震响应数值仿真分析

基于ADINA有限元软件,以15×10⁴m³大型立式储罐为研究对象,建立了立式储罐环墙滚动隔震体系有限元分析模型,运用Newmark数值积分法,对水平地震激励作用下的隔震储罐进行了减震效应分析。结果表明: 环墙滚动隔震装置可以有效降低立式储罐的地震响应,减震率达到25 %以上。环墙滚动隔震装置具有降低储罐不均匀沉降和减震双重作用,建议推广应用。     

储液罐子结构数值仿真分析

由于有限元仿真需要假设材料性能,难以真实全面的反映储液罐的地震响应;而振动台试验只能完成较小比例的模型试验,与储罐原型差距很大。为此,提出了储液罐子结构振动台试验方法。采用Malhotra力学模型,将储液罐划分为试验子结构(罐底和土体)和数值子结构(储罐和液体)两部分。试验子结构放在地震模拟振动台上进行试验研究,数值子结构部分由计算机进行模拟。仿真计算表明:储液罐子结构仿真结果与全结构的非常吻合,仿真计算的储罐基底剪力与规范算法接近。     

考虑土-结构相互作用的埋置式双层储油罐地震响应分析

传统单层钢制油罐由于埋地敷设,长期处于内外部腐蚀环境中,容易发生渗(泄)漏,从而造成土壤和地下水污染的事故,而双层FF和SF储油罐,防腐蚀性能好,使用成本低,强度能满足使用要求,安全性能较单层钢制储油罐表现优秀.本文考虑粘弹性边界和流-固耦合,建立了埋置式FF和SF双层储油罐的数值计算模型,研究了埋置式双层FF和SF储油罐的地震响应,并进行了参数影响分析.结果表明,罐体在液体填充条件下系统的动力响应明显大于无液体填充条件下系统的动力响应.近场地震作用下系统的动力响应比远场地震作用下系统的动力响应要大;储油罐体型越大其所受的动力作用越大;本文在模型分析与实际应用中发现FF和SF储油罐的动力响应相近,在未来工程实际中都有很好的应用前景、有较好的经济性和实用性.     

LNG储罐外墙模态分析

以某大型LNG(液化天然气)储罐结构为例,考虑到贮液条件下储罐与液体的相互作用与影响,即液体与结构的耦合问题,采用有限元方法对储罐结构进行了模态分析.结果表明:空罐,前三阶频率为6.376、6.376、6.468Hz,内罐贮液,前三阶频率0.102、0.102、0.137 Hz,内罐泄漏后,前三阶频率0.093、0.093、0.136 Hz,内罐贮液与内罐泄漏后储罐外罐的频率相差不大,但比空罐时的频率降低很多.说明了液体对储罐系统自振特性的影响是很大的,相当于储罐内部增加了液体的约束.     

大型储液罐的地震反应分析

近年来地震频发,大型储液罐的抗震安全性则显得尤为重要.针对大型储液罐的地震反应进行了研究,首先建立了大型储液罐的有限元模型,然后对该模型进行模态分析得到大型储液罐的动力特性,最后通过地震激励得到大型储液罐的地震反应.通过结果分析表明,对于不考虑流固耦合的储液罐来说,不会出现"象足"失稳现象.研究为大型储液罐的抗震设计和抗震性能的研究提供了参考.     

液化天然气翻滚临界密度差的数值研究

液化天然气（Liquefied Natural Gas，LNG）在充装和储运过程中，密度差分层现象易导致翻滚行为，对LNG储罐安全造成极大威胁。当初始密度差小于临界密度差时，储罐内相邻两层LNG的混合过程较平稳；当初始密度差大于临界密度差时，LNG翻滚强度显著增大，混合过程趋于剧烈。因此，研究不同罐容储罐的翻滚现象与临界密度差之间的联系尤为重要。本文采用商业数值软件FLUENT分别对5,000、10,000、30,000、50,000、80,000、100,000、120,000和160,000 m3储罐内分层LNG的翻滚现象进行数值分析，获得多罐容LNG储罐内的翻滚现象随初始密度差的变化规律，并确定各罐容的临界密度差范围。研究发现：LNG翻滚流速随着分层初始密度差的增加而增加，初始密度差是影响LNG翻滚的直接原因；同时，LNG翻滚的最大速度与初始密度差呈线性关系，即：当初始密度差越大，翻滚时最大速度越大，表征翻滚越剧烈，该线性关系式中的系数并非定值，其大小与储罐高度和直径等尺寸参数相关；此外，LNG发生翻滚时存在临界密度差，与储罐直径满足二次方函数关系，临界密度差随着储罐直径的增大而减小，分层的LNG达到临界密度差而更易发生剧烈翻滚现象；最后，本研究针对不同储罐罐容，提出临界密度差区间，且大容量的储罐装载分层LNG时更易产生翻滚现象。     

大型LNG储罐在高温状态下外壁温度场及应力分布有限元分析

为了分析LNG储罐在遭受长时间火灾后的应力分布,利用有限元软件ANSYS建立了火灾下储罐的有限元模型首先对储罐进行了热分析,然后将求得的温度作为体载荷加到罐体上进行结构分析,重点分析了结构在高温作用下的内应力和应变的大小与分布．分析结果表明：在着火情况下,经过6h,储罐内部温度升高不多,即耐火极限可以达到6h;罐壁径向变形受高温荷载的影响较大;罐壁沿厚度方向上各点的应力变化趋势相近;罐壁的径向应力相对环向应力和轴向应力来说很小,可以近似认为储罐罐壁处于双轴受力状态．