大型储罐风致屈曲解析计算方法和数值模拟

来源 :中国石油大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:llqyf
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大型储罐作为石油产业的重要设备,对国家战略石油储备事业发展具有重要价值。大型钢制储罐大部分建于沿海地区,在风荷载作用下很容易使空罐或者低液储罐发生屈曲失效,从而造成严重的环境问题以及巨大的经济损失。到目前为止,大多数风致屈曲研究主要对象是结构完善的储罐,而带有初始几何缺陷的储罐少有涉及。论文主要对大型钢制外浮顶储罐的风荷载和风致屈曲行为以及腐蚀储罐的风致屈曲行为进行研究,研究结果对大型钢制外浮顶储罐的抗风设计具有一定的参考价值。论文共分为四个部分:(1)阐述了大型储罐风致屈曲的基本情况、风致破坏与屈曲类型以及储罐的腐蚀原理与类型,总结了国内外大型储罐风致屈曲研究现状,提出了当前研究新的方向,并展示了本论文的主要研究内容与技术路线。(2)非均匀风荷载作用下储罐屈曲同伦分析解法。使用同伦分析方法求解了非均匀荷载作用下储罐屈曲问题的控制微分方程,并将同伦分析方法结果与摄动法结果进行比较。通过算法实例,分析了同伦分析方法与摄动法的精度。采用同伦分析方法求解非均匀荷载下储罐屈曲问题,对于此问题进一步的研究具有一定的理论意义。(3)大型外浮顶储罐风致屈曲数值模拟。确定大型外浮顶储罐表面风压分布,得到了适合大型储罐的体型系数近似公式。进行大型外浮顶储罐静风作用下线性与非线性屈曲分析,讨论了初始缺陷对外浮顶储罐风致静力屈曲性能的影响,从抗风结构方面对大型钢制外浮顶储罐的加强机理进行了分析,其抗风结构包括包边角钢、顶部和中间抗风圈,并对大型外浮顶储罐抗风设计提供了建议,也为研究腐蚀的大型钢储罐风致屈曲奠定了基础。(4)不同部位腐蚀对于大型外浮顶储罐风致屈曲影响研究。分别把上部、下部和整体腐蚀作为研究变量,进行储罐的风致屈曲模拟研究。储罐也分别考虑裸罐和带抗风结构的储罐,并对比不同部位的结果进行对比研究。本文共建立80个不同部位腐蚀的储罐模型,224组风致线性和非线性特征值屈曲的研究工况。总结大型储罐不同部位腐蚀年限的拟合公式。对于带有腐蚀的大型外浮顶储罐的抗风研究提出理论依据。
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