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球罐结构应力与抗震分析研究

王永卫  
【摘要】: 球罐与相同容积的其他储存容器相比,具有表面积小、重量轻等优点,已广泛应用于石油化工、城建交通、航天航空、船舶和核工业等领域。我国球罐的建造起步晚,虽然发展很快,但目前同国际先进水平相比还有不小差距,主要表现在设计、制造、组焊、材料性能等方面。 球罐结构的应力分析多采用有限元法,由于其结构和地震、风载等载荷条件的复杂性,带来工作量庞大、设计周期长等问题。如何处理好计算模型的有限元网格和载荷边界条件、提高分析设计的效率是值得研究的课题。本文运用理论分析、数值计算和实验测量的方法,分析探讨了球罐结构有限元模型和地震载荷的处理与计算方法;以ANSYS8.1为开发平台,进行了球罐接管结构有限元分析的ANSYS二次开发。本文的主要工作和研究结果如下: 1)针对球罐支柱与球壳连接处结构较为复杂的问题,本文采用有限元前后处理软件HyperMesh6.0对其进行网格划分。通过有限元计算和实验测量值的比较,表明运用HyperMesh软件处理球罐支柱与球壳连接处的有限元网格,可以提高单元质量,从而得到较好的计算精度,同时缩短计算时间。 通过对一台2500m3球罐水压试验工况下应力分布的有限元计算和实验测量,结果表明GB12337-1998《钢制球形储罐》中最大应力点位于支柱与球壳连接处的最低点的结论不够全面。通过对不同规格尺寸和工况下的球罐结构的有限元分析,说明球壳与支柱的结构尺寸和工况不同时,应力最大点的位置也有所不同,运用有限元分析计算可以精确地得出最大应力点的具体位置及数值。 2)基于GB12337-1998《钢制球形储罐》中计算球罐的自振周期的方法中没有考虑内压等载荷对于自振周期的影响,本文运用ANSYS8.1的预应力模态求解技术,获得了更为精确的球罐工作状态下的自振频率。以标准地震反应谱为依据,运用谱分析法对球罐结构进行了抗震分析,得到了更为精确的球罐结构在地震工况下的应力分布,此方法可以运用到球罐结构的分析设计中,替代目前常用的将地震力视为作用于球体上的单一的水平加速度的方法。 3)基于GB12337-1998《钢制球形储罐》中计算球罐的自振周期的方法中没有考虑拉杆结构尺寸对于自振周期的影响,本文通过对不同直径拉杆的球罐的自振周期进行了


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