立式圆柱型弹性储油罐地震敏度分析

地震波引起的储油罐地震敏度反应包括动水压力、动水剪力与倾覆车矩以及液面晃动,这些地震敏度反应使储油罐受到各种形式的破坏。高径比大的细长型储油罐因罐壁弹性变形的存在而影响着其地震敏度反应的大小,为了克服现有储油罐抗震设计中未考虑细长型弹性储油罐罐壁变形的不足,在分析弹性储油罐固有振动特性的基础上,运用罐－液系统耦联振动理论建立了弹性储油罐的罐－液振动模型。利用该模型对弹性储油罐地震敏度反应的对流分量、脉冲分量以及储液晃动高度进行了分析,结合算例对刚性储油罐与弹性储油罐的地震敏度反应进行了比较。。     

立式储罐储液晃动波面振动分析

针对真实地震作用下立式储罐的波面振动是否有高阶阵型的参与这一问题,通过有限元软件ADINA对一万方立式储罐作在地震作用下的晃动响应分析,并得出以下结论:立式储罐的晃动波高与输入地震动峰值加速度成线性关系,两激励波高与响应峰值加速度的比值相同;不同储液比对晃动波高和一阶晃动周期的影响较小;不同地震动作用下的晃动波高径向极值点位置不同,极值点越靠近罐心处,晃动参与振型越丰富,振型叠加越明显,并表明储液在地震作用下的晃动是由多阶振型叠加的结果。     

外浮顶对大型立式储液罐地震反应影响分析

为了减轻大型外浮顶立式储液罐在地震灾害中的损失,基于ANSYS软件建立了考虑液体晃动和罐底提离的大型外浮顶立式圆柱形储液罐有限元模型,计算了地震作用下不同形式浮顶(平浮顶、正锥形,倒锥形)的大型外浮顶储油罐的动力响应.数值分析结果表明,地震荷载作用下,外浮顶对大型立式储液罐地震反应影响不可忽视,浮顶可以减轻液面晃动,但也会增加液体提离高度.不同形式的外浮顶对大型立式储液罐地震反应影响程度不同,平浮顶为最优浮顶形式.     

立式储罐基底隔震的基本理论

鉴于目前储罐基底的隔震研究大都是在Haroun模型的基础上进行的.本文以储罐基底隔震为基础,从储罐的晃动、刚性运动、液固耦联弹性运动出发,根据储罐结构所满足的速度势和边界条件,选择合理的势函数,研究储罐动水压力、波高、基底剪力和弯矩的动响应理论表达.利用相同激励下原型罐和等效力学模型罐基底剪力和弯矩等效原则,求出储罐分析力学模型的等效质量及相对质心高度,建立了隔震三质点控制体系简化分析的力学模型,给出了储罐抗震设计参数波高、基底剪力和弯矩简化分析表达.由Harmilton原理出发,考虑晃动和罐——液耦联振动周期相差较大,将两者作为不耦联运动,建立了隔震体系的运动方程.并对2×104m3和15×104m3储罐隔震和非隔震地震响应进行了时程分析研究,结果表明,基底隔震体系起到了很好的隔震效应.     

大型非锚固储液罐的地震响应研究

利用ANSYS14.0有限元软件,在力求最大程度还原真实工程条件的基础上,对某3万m3的非锚固乙烯储液罐进行原尺寸建模,采用动力时程分析研究储液罐的地震响应。将有限元计算值与美国API650规范中的理论值进行对比,验证了计算模型的有效性。通过提取时程数据、包络分析、频谱分析等研究方法,得到了液体晃动、储罐响应、罐底提离及侧移的响应规律,为大型储液罐的抗震设计提供了重要依据。     

双参数立式储罐隔震设计

由于贮存液体的立式储罐在受到外激力作用时,晃动和液固耦联振动可以分别考虑,且刚性质量脉冲所产生的动效应可以忽略,所以抗震设计时,晃动(对流质量)控制储罐的波高设计,耦联振动控制储罐的基底弯矩和轴向应力设计.基于这一思想,对大型立式钢制储罐的隔震设计问题,提出了考虑晃动和液固耦联振动双约束下的储罐隔震设计方法.数值分析表明,理想的隔震园频率为2~3 rad/s,在阻尼比为0.1时,对于不同容积储罐在不同场地的情况下,其隔震减震效果均达40%以上.增大隔震阻尼比,可提高减震效果,但考虑工程应用实际,隔震阻尼比宜取0.1~0.3.     

大型非锚固储液罐水平地震响应数值分析

基于ANSYS14.0软件建立了3万m3大型非锚固储液罐流固耦合有限元模型,并进行了抗震设计等级下水平地震作用应力和位移响应的数值分析。分析表明:在水平地震作用下,罐壁靠近底部区域出现了明显的"象足"变形;应力与应变响应的结果显示,发生"象足"变形的区域等效应力小于屈服强度,而轴向压应力超过规范设计临界应力,说明"象足"变形为局部屈曲破坏;对于大体积非锚固储液罐,水平地震作用下相对于小体积储罐底板竖向提离的位移较小。     

考虑液体晃动和罐底提离储液罐的研究

一直以来没有一个简便、有效的模型来模拟壳-液的多种移动边界、几何大变形和流体液面大幅晃动、粘性等多种非线性因素耦合作用的三维的地震反应分析问题.运用大型有限元程序ANSYS中的单元建立考虑液体晃动和罐底提离的储液罐模型,分析了地震作用下无锚固储液罐的动力响应.通过与经典的C lough试验结果进行比较,验证了所建模型的可靠性.模型在数值分析结果中成功的再现了液面的大幅晃动的现象和无锚固储液罐的罐底提离现象.     

储液容器内液体晃动问题的动力学建模与模拟

基于声学模型算法,流体采用声学单元,自由液面"削皮"成膜单元,两者使用弹簧单元连接,建立矩形储液罐三维晃动数学模型.以ABAQUS软件平台,编制相应的分析程序,分析了液体晃动的特征频率、模态,并将其与解析解对比.结果表明:应用本文方法具有较高度,计算结果与理论值吻合较好,为研究储液罐晃动动力特性分析提供了一种新的分析方法.然后,分析了矩形储液罐在不同液体高宽比时,其晃动频率与液体深度、宽度的关系,并从中获得矩形储液晃动的一般规律.     

大型立式储罐竖向基础隔震研究

为了降低立式钢制储罐竖向地震响应,从罐液耦联运动出发,依据储罐内液体满足的边界条件和势流体理论,选择合理的速度势,给出动水压力的理论表达;考虑动水压力和土与结构相互作用的影响,建立罐液耦联振动方程、隔震层控制方程和基础的竖向振动方程;给出储罐侧壁剪力、侧壁弯矩和应力的理论表达.选取150 000 m3储罐,采用Wils...     

卧式圆形储油罐液固耦合模态分析

以油料运输中的主要工具铁路卧式圆形储油罐(卧式罐)为研究对象,应用液固耦合原理并以有限元分析软件ANSYS为工具,对装载不同深度有自由液面液体的卧式罐进行了模态分析与计算,得到了不同液体深度下油罐的固有频率及其前四阶固有频率的振形图.分析结果表明,卧式罐固有频率值随液体深度的增加而逐渐降低,用耦合法与平均密度法求解系统固有频率时,所得的计算结果差异较大.     

大型储油罐动力模态分析

利用ALGOR软件对锚固大型储油缸进行了动力模态分析。在分析过程中分别建立了储油和不储油的两种有限元计算模型,分别计算出了两种有限元模型的前30阶固有频率并给出了三维主震型图。从中可以明显地看出油介质对锚固大型储油罐的固有频率和主振型的影响。     

基于不同模型数据映射的储液罐抗震性能研究

在采用有限元方法对大型非锚固储液罐的地震响应进行数值仿真时,通常采用壳单元来剖分储罐.然而壳单元无法描述应力集中情况,在罐底板发生提离时,罐脚焊缝处应力分布复杂且易产生应力集中,该处的计算结果失真.为此,提出运用等参元的逆变换算法实现不同网格间的数据映射,将壳单元模型的动力时程分析结果导入到实体单元模型,实现对角焊缝处的应力分析.通过对某实际储液罐两个模型的仿真计算,证明了该方法的有效性,为分析储液罐角焊缝的应力集中现象提供了一种可行方法.     

大型浮顶储油罐爆炸动力响应及破坏机理

为研究大型浮顶储油罐结构在可燃气体爆炸作用下的变形破坏机理,根据Von Mises屈服条件和强度理论,建立了储油罐结构在爆炸荷载作用下的广义屈服函数和失效破坏准则,利用显示非线性动力有限元软件LS-DYNA,采用ALE流固耦合算法,对爆炸作用下容积为15×10⁴ m³的大型浮顶储油罐结构的罐壁位移、加速度、应力、应变等动态力学响应进行了数值模拟,计算结果表明:浮顶油罐的失效破坏模式为迎爆面顶部罐壁产生内凹塌陷和屈曲变形,迎爆面中部驻点区首先屈服并带动相邻部分达到屈服状态,同时在变形区周围明显形成不规则的塑性铰环,导致罐壁产生内凹屈曲．爆炸作用下,罐内液体既对罐壁产生一定的冲击作用,也能吸收和耗散部分爆炸能,储罐内液面较高时能提高油罐结构的抗爆能力．     

锚固力在钢筋黏结和端板承压间的分配规律

为获得锚固力在高强热轧钢筋直锚段黏结和端部锚固板承压间的分配规律,以钢筋与混凝土间的黏结-滑移本构关系为基础,利用MATLAB编写出带锚固板钢筋受力计算程序,并通过120个带锚固板钢筋混凝土试件的拉拔试验结果对程序的准确性进行验证.依托程序,分析相对保护层厚度c/d和钢筋屈服强度与混凝土抗拉强度之比fy/ft,对钢筋稳定锚固长度与钢筋公称直径之比las/d的影响以及钢筋屈服强度、混凝土强度等级、混凝土相对保护层厚度、钢筋相对埋置长度等参数对直锚段钢筋黏结应力fb的影响,并拟合得到以fy/ft和c/d为自变量的las/d计算公式.结果表明:las/d随fy/ft的增大而线性增大,随c/d的增大而非线性减小;fb/fy随钢筋埋置长度与稳定锚固长度之比lat/las的变化规律只与混凝土相对保护层厚度有关.继而通过拟合得到加载端钢筋受拉屈服强度时刻,以c/d和lat/las为自变量的fb/fy计算公式.     

应用瑞利-里滋法分析储箱内液体晃动模态

将瑞利-里滋法进一步拓展到储箱内液体晃动的模态分析中,结合瑞利商给出储箱内带自由液面液体晃动基频的计算方程,使得瑞利-里滋计算模态的方法得到进一步的扩展,同时对液体晃动基频计算提出更为有效的计算方法.此外,应用有限元程序ADINA,对圆柱形储箱内带自由液面的晃动频率和模态进行数值模拟.研究了液面半径和深度对液体晃动固有频率和模态的影响.模拟得出的结论与瑞利商和里滋法的计算结论基本相符,从而验证了所提出的瑞利-里滋法解析解的有效性.所给出的解析方法适合任意储箱内液体晃动的模态分析.     

球形储液罐液-固耦联地震反应及减振方法

为了减轻球形储液罐在地震灾害中的损失,基于ANSYS软件建立了考虑液体晃动的1000m3球形储液罐有限元模型,研究了球形储液罐的地震反应以及液体晃动对地震反应的影响,结果表明支撑体系是球形储液罐的薄弱环节,为此通过引进被动控制技术和改变支撑角度的措施研究球形储液罐的减振方法.数值分析结果表明,被动控制技术对球形储液罐具有较好的减振效果,改变支柱支承角度可以有效提高球罐的抗震性能.     

大型外浮顶立式储液罐被动控制方法

为了减轻大型外浮顶立式储液罐在地震灾害中的损失,基于ANSYS软件建立考虑液体晃动和罐底提离的外浮顶立式储液罐有限元模型,并将被动耗能技术引入大型外浮顶立式储液罐抗震分析中,在罐壁与浮顶之间分别安装摩擦阻尼器和粘滞阻尼器.数值分析结果表明,储液罐液体晃动幅度、罐壁竖向压应力和环向拉应力、罐底提离高度都有不同程度的减小.说明在罐壁与浮顶之间安装摩擦阻尼器或粘滞阻尼器可以减轻储液罐地震灾害,从而有效提高外浮顶立式储液罐抗震能力.     

400m3立式储罐的地震动响应预测研究

通过灰色预测GM(1,1)模型测算和Matlab软件预测,对400m3储罐进行地震动响应预测研究。首先设置储液高度液差为0.5m,预测不同储液高度下各类储罐的水平地震作用力、储罐基底弯矩、储罐罐壁轴应力,绘制预测绝对误差图,进行对比分析,得出地震烈度对预测误差的影响。为了进一步降低预测误差,改进预测效果,调整储液高度液差为1.0m,重新对储罐进行动响应预测,得出预测储罐储液高度液差数据序列间隔由0.5m增大为1.0m,储罐水平地震作用力、储罐基底弯矩预测结果相对误差降低,储罐基底弯矩、罐壁轴向应力改进预测后效果好。     

基于电容法的管内低温流体液膜厚度测量方法

研制基于电容方法测量液氮/氮蒸汽分层两相流液膜厚度的装置.电容传感器采用双曲面板大包围对称结构,通过有限元模型对环向角、曲面轴向宽度等主要结构参数进行优化;以ADI公司的24位电容数字转换芯片AD7746为核心,建立电容采集电路,有效地减小了导线带来的杂散电容,构成了一个实时的高精度液膜厚度动态检测系统.通过实验测量液氮/氮蒸汽在倾斜透明石英玻璃管内流动过程的液膜厚度,与根据流量计算的理论值进行对比.结果显示,当采集频率达到16Hz时,液面高度采集误差小于0.5mm.