基于Lyapunov特征指数的钢制储液罐动力失稳概率分析

为有效量化储液罐在地震激励下的失稳概率,参考震害报告选取536组三维地震波记录,由压力-位移格式的流固耦合模型建立等效动力扰动方程,然后通过计算动态Lyapunov特征指数确定储液罐的动力失稳概率。选取某10万m3钢制储油罐作为分析对象,结果表明：水平向地震比竖向地震更易引起动力失稳,多维地震比单维地震更加危险;动力失稳概率随抗风圈的增加而减小;地震动方位、维数及抗风圈设置对“失稳概率-持时”曲线的影响较小。上述方法大幅降低了直接基于流固耦合模型确定储液罐动力失稳概率的计算成本,并能同时考虑地震动峰值与持时变化,从而全面直观反映地震动三要素的影响。     

基于附加质量法的大型固定顶储液罐基底隔震分析

鉴于目前储液罐基底隔震研究多采用一维简化的Haroun-Housner模型,基于附加质量法,考虑液体对流质量和脉冲质量,建立储液罐三维简化的附加质量模型。通过分析比较相同地震激励下不同高径比储液罐罐的Haroun-Housner模型、附加质量模型和流固耦合模型的动力响应,验证了附加质量模型的合理性。针对某大型固定顶储液罐,基于此简化模型,基底引入FPS隔震支座,系统地研究了基底隔震储液罐在不同场地条件下的非线性地震动力响应。分析结果表明:FPS隔震支座对储液罐地震响应有很好的控制作用,有效地降低了液体脉冲分量的运动,避免了罐壁发生屈曲破坏,但放大了液体对流分量的运动。     

基底隔震储液罐的参数动力稳定性分析及隔震效果评价

为有效评价基底隔震对储液罐动力稳定性的影响,考虑静动液压引起的壳体应力刚化(软化)效应,从位移-压力格式的流固耦合方程出发,建立周期系数扰动方程,并基于Floquet理论计算动力不稳定域。以某160 000 m3LNG储罐的钢制内罐为例,在2种储液水平和9组隔震参数下进行参数动力稳定性分析,并结合抗震设防要求提出3点隔震控制建议。结果表明,静液压和加强圈可有效抑制动力不稳定域的发展,动力不稳定域随隔震器刚度的减小向低频段迁移,不稳定临界幅值随隔震器阻尼系数的增大而升高,半罐状态下的隔震器对动力不稳定域的抑制作用比满罐状态更为显著。     

发展附加质量模型应用于储液罐的动力分析

提出一种新的用于表述附加质量分布规律的公式和有限元单元模型,接入ABAQUS有限元软件对储液罐动力试验模型进行了数值模拟,分析对比了弹塑性屈曲“象足效应”和“钻石效应”的实验数据,证明所提出的附加质量公式是合理和有效的,并指出原经验公式在分析动水压力问题时的缺陷。模拟中考虑了储液罐壁动力响应加速度的方向对液体惯性作用力的影响,从而准确地模拟了储液罐壁与液体的相互作用。动力时程和频率响应的定量分析表明:地震荷载对储液罐计算模型所做的外力功是导致罐壁塑性变形、产生“象足效应”的决定性因素。     

无伞空投储液罐的高空跌落仿真分析

目的为提高液体类空投物资补给效率,研究椭球型结构的无伞空投储液罐跌落冲击地面过程的力学响应。方法基于欧拉-拉格朗日耦合算法,建立含有内盛物的椭球形储液罐有限元模型,通过Abaqus CAE仿真跌落得到罐壁材料层为聚乙烯-发泡-聚乙烯在不同厚度比条件下含内盛物跌落的最大等效塑性应变(简称最大塑性应变)云图、应力-时间曲线。结果不同层间厚度比与储液罐的最大塑性应变、塑性应变的时间和应变集中区域有密切联系,当厚度比为1∶2∶1时,罐体达到最大塑性应变的时间短,把手部位出现应变集中现象的概率增大;厚度比为1∶1∶2时,罐体的塑性应变相对降低,抗冲击能力没有达到理想优化效果;厚度比为1∶1∶2时,罐体的塑性应变最小,在此情况下能承受的冲击地面的瞬时速度最大,罐体的结构性能最好。结论基于此提出了一种结构优化思路,在添加中间发泡层以减轻配重的基础上,适当增加外层聚乙烯材料的厚度或者使用缓冲性能更好的材料,增加罐壁的缓冲吸能,改善材料结构强度。     

土结相互作用对罐液体系动力特性的影响研究

基于拉格朗日方法建立考虑流固耦合效应的模态方程,利用ANSYS软件建立包含土层自由场地、桩基承台场地模型,刚性地基空罐、满罐、以及考虑土结相互作用的空罐和满罐等六个数值模型,得到工程场地的自振频率以及土体对罐体系统动力特性的影响。研究了各种模型自振频率和振型参与系数随阶数的分布情况;结果表明,桩基承台的存在使得场地第一阶振动频率有所增大。罐内液体的晃动频率不受土结相互作用的影响;考虑土结相互作用之后,出现了液体对流晃动频率、土-罐-液整体振动频率和罐液耦联振动频率等低、中、高三个振动频率,且前两阶频率罐液耦联振动频率有所减小,也更为密集;应考虑土结相互作用的影响,否则将会高估罐液耦联振动频率;最后运用子结构理论对考虑土结相互作用引起动力特性变化进行了解释,并给出了动力计算中考虑土结相互作用时罐液体系瑞利阻尼系数的选取建议。研究结论可为考虑土结相互作用储罐的地震响应分析提供参考。     

带环形刚性隔板和基础隔震储液罐的动力响应

为了研究带环形刚性隔板和基础隔震的储液罐在地震激励下的动力响应,首先基于流体子域法求得带刚性隔板圆柱形储液罐中流体晃动的固有频率和模态。引入时变广义坐标,利用分离变量法和振型叠加原理得到各子域内流体速度势函数的解。将流体速度势函数代入自由液面方程,利用流体自由晃动模态的正交性和达朗贝尔原理,建立带环形刚性隔板和基础隔震的圆柱形储液罐在水平激励下的动力响应方程。地震响应结果表明,当隔震支座周期较小时,隔震支座接近于刚性,带环形刚性隔板和基础隔震的圆柱形储液罐的动力响应结果和无隔震时的结果基本吻合,验证了该动力响应方程的正确性,并详细讨论了隔震支座和隔板的参数对整个系统动力响应的影响。     

一种基于压力泊松方程的流体结构紧耦合算法

从流固耦合系统的整体控制方程出发,推导出与流体控制方程一致的耦合等价方程,并得到基于耦合方程的压力泊松方程,通过求解耦合系统压力泊松方程和一致的等价方程就能获得耦合系统的解,而不需要直接求解整体耦合系统的控制方程,有利于降低求解自由度。预估-校正多步迭代格式用于耦合系统的时间推进,克服了传统迭代耦合方法由于时间不同步而产生较大数值误差的不足。应用该方法对附带局部突起的主动脉弓动脉瘤进行流固耦合分析,验证数值方法的可行性。     

充液压电阻尼圆柱壳的有限元建模

基于Mindlin板理论、压电理论、粘弹性理论和理想流体方程，对充液圆柱壳主动约束阻尼结构在流固耦合条件下的建模进行了研究。利用拉格朗日方法得到结构的动力学方程，利用GHM方法描述粘弹性阻尼的本构关系，结合流体方程建立主动约束阻尼结构在流固耦合条件下的动力学方程。建立从压电材料的电压到流固耦合边界下的圆柱壳结构振动的频响函数，利用实验结果对理论计算加以验证，结果表明该建模方法是可行的。     

储液容器流固耦合动力响应分析计算

本文采用交替解法对地震条件下储液容器的动态响应问题进行了实例分析和计算。首先推导出流固耦合系统在地震条件下的有限元模型。然后,对在水平地震激励条件下的圆柱形储液容器,采用交替解法进行了计算,并将其与整体解法进行了比较。结果表明交替解法具有更好的计算效率。     

Uncertainty quantification and seismic fragility of base-isolated liquid storage tanks using response surface models

Seismic response of base-isolated liquid storage tank is represented using response surface model (RSM) to consider the uncertainty in the isolator parameters. The effectiveness of RSM to represent the probability distributions of the peak seismic response quantities of the base-isolated liquid storage tank is studied in the framework of Monte Carlo (MC) simulation. Broad and slender configurations of the tanks isolated by lead–rubber bearing (New Zealand – NZ system) characterized with non-linear force-deformation behavior is considered in the present study. The influence of the uncertain isolator parameters on the seismic response of the base-isolated liquid storage tanks is investigated. Subsequently, seismic fragility of the base-isolated liquid storage tanks is evaluated using the RSM based MC simulation. The RSM estimates the non-linear seismic response of the base-isolated liquid storage tanks with sufficient accuracy. It is observed that the uncertainties in the isolator parameters significantly influence the peak response quantities of the base-isolated liquid storage tanks. The effectiveness of the base isolation technique, in terms of the reduced probability of failure, is observed by comparing the fragility curves for the fixed-base and base-isolated liquid storage tanks. It is also observed that increase in the isolation time period decreases the probability of failure for the base-isolated liquid storage tanks. It is concluded that the peak ground acceleration (PGA) of the earthquake ground motion can be included in the RSM to reduce the computational efforts for seismic fragility analysis.     

双分层水箱太阳能喷射制冷循环特性

本文提出一种采用双分层水箱的太阳能喷射制冷循环,分层水箱热分层显著,颇具可用能储存优势,结合大小水箱各自的优势弥补因太阳日辐射量波动而导致太阳能利用率不高、太阳能驱动的喷射制冷效率较低等问题。采用逐时冷负荷分析法分析了双分层水箱太阳能喷射制冷系统特性,结果表明:该制冷循环高品位能耗约为普通机械压缩制冷循环的1/5,较传统水箱太阳能喷射制冷循环全天工作时间约多4 h,日产冷量提高36.8%,且分层水箱喷射制冷系统的逐时制冷量与办公室逐时冷负荷更吻合。     

不同内容物的容器静压及跌落实验结果差异性分析

目的 在相同罐体条件下,分别探究不同内容物的罐体静态压缩及动态跌落实验结果的差异性。方法 针对常见的空气、液体、固体内容物的3类罐体进行静态压缩和动态跌落实验,以跌落方式、跌落高度、测试位置为变量对比分析不同罐体的最大加速度拟合曲线。结果 在静压实验中,空气罐应力集中在下方,液体罐和固体罐应力集中在上方。在跌落实验中,3类罐体的最大加速度值均有差异,差值最大为1.59 km/s2;2种跌落方式下,由上至下,空气罐身应力分布呈三次函数,极值点与对称中心受跌落高度影响较大;液体罐身应力分布呈正弦函数,幅值和初相受跌落高度影响较大;固体罐身应力分布在平跌落与45°角跌落下分别呈指数函数和二次函数,受跌落高度影响不大。结论 内容物不同,容器的静态压缩实验结果不同,动态冲击实验结果有显著差异,跌落方式对容器的动态跌落结果有较大影响。     

基于推覆分析的结构倒塌安全储备系数

基于增量动力分析(英文简称IDA)的倒塌安全储备系数(英文简称CMR)计算是ATC-63报告建议的方法, 该方法需要做大量的非线性时程分析, 计算非常耗时且效率不高, 不适于结构方案设计阶段针对倒塌安全储备能力的快速评估. 该文提出了基于推覆静力分析的倒塌安全储备系数(CMR)的实用计算方法, 该方法中以改进的Park-Ang损伤模型作为结构整体倒塌判别准则, 倒塌性能点则是通过推覆分析得到的能力曲线, 并结合由各个地震动的反应谱以及Nassar-Krawinkler塑性谱生成相应的塑性需求曲线来确定. 该方法结合了ATC-63报告中计算思路和推覆分析的特点, 考虑了所选地震动对倒塌性能点的差异性, 计算效率大大提高, 且计算结果偏于保守地合理, 上述特点通过一8层钢筋混凝土框架结构的算例得以证明.     

基于EMD的神经网络空耦超声储油罐液位检测

由于仅从信号时域幅值的大小信息虽然能够判断储油罐中不同介质的液位,但是获得的特征信息非常有限,为获得更多储油罐中不同介质信号的特征信息来提高液面识别率,针对储油罐罐壁厚度为5 mm的钢制储油罐为对象,采用空气耦合超声兰姆波同侧相向检测法,并使用A0模态对储油罐进行检测.利用经验模态分解(EMD)对采集储油罐中的不同介质...     

中浓纸浆输送系统储浆罐的自振特性分析

为了研究对中浓纸浆输送系统储浆罐的固液耦合自振特性问题。利用ANSYS软件建立有限元简化模型,采用缩减法对储罐的自振特性进行分析,提取前30阶模态并给出部分模态的三维振型图。结果表明,储罐模态振型呈环向多波形式,罐内中浓纸浆悬浮液的晃动幅度呈中心弱,四周强的趋势。分别采用有限元计算方法和现行标准中理论公式的计算方法对系统固有频率进行求解,发现两种方法计算的结果基本一致,表明文中所建有限元模型是合理的,为该储罐动力分析的进一步研究提供依据。     

边壁周期性不规则国柱形储液罐的动态特性分析

对罐壁具有ｃｏｓ(ｍθ)（ｍ＝１,２,…）型初始不规则的立式圆柱形储液罐的动态特性进 行了理论分析,探讨了初始不规则对储液罐固有频率的影响。借助于速度势函数推导了罐中 的液体动压分布。文中将初始不规则看成是初始位移,采用半解析有限元法处理罐壁,由 Ｈａｍｉｌｔｏｎ原理推导了储液罐的自由振动方程。在该方程中不仅考虑了初始不规则对液体动压 的影响,也考虑了初始不规则所引起的罐壁环向振型间的耦合作用。算例结果表明,边壁初 始不规则对某些固有频率的影响是不容忽视的。     

Performance study of solar-assisted air-conditioning system provided with storage tanks using artificial neural networks

This study presents the performance of solar-assisted air-conditioning system provided with two storage tanks installed in the Solar Energy Research Center (CIESOL) building. The system consists mainly of solar collectors’ array, a hot-water driven absorption chiller, a cooling tower, two hot storage tanks, an auxiliary heater as well as two cold storage tanks. The hot storage tank circuit was further investigated. In first step, we have carried out the study about the necessity of the integration of hot water storage tanks to solar system. Subsequently, the unique Artificial Neural Network (ANN) model with the lowest number of input variables has been proposed with the main purpose to predict the coefficient of performance and the cooling capacity of the absorption chiller. The configuration 5-9-2 (5 inputs, 9 hidden and 2 output neurons) was found to be the optimal topology. The results demonstrate proper ANN’s predictions with a Root Mean Square Error (RMSE) of less than 0.70% and practically null deviation, which can be considered very satisfactory.     

Study on Failure Possibility of Full Containment LNG Storage Tanks with API 581 Risk-based Inspection

The total storage of full containment LNG storage tanks is very huge. Once the tank rupture or leakage,the consequence will be unimaginable. Therefore it is necessary to perform the risk-based inspection( RBI) and evaluation on LNG storage tanks,and the analysis on LNG storage tanks failure possibility is especially important in the RBI. Recently,Risk-based inspection( RBI) technology based on API 581 is gradually adopted and has become a new technology to determine economic feasibility and safety of equipment in petrochemical plants.However,there are limitations of applying API 581 to LNG equipment because of the unique structure of LNG storage tank( the metal inner tank and concrete outer tank). Therefore,a failure probability calculation model suitable for full containment LNG storage tanks is proposed. The domestic inner tank is usually made of 9% Ni,and its failure possibility can be calculate based on API581; the outer tank is usually made of pre-stressed concrete,and the failure possibility of structure durability can be calculated by the method of fuzzy mathematics;Then the failure possibility of the inner tank and the outer tank will be comprehensive considered by using cellulose model. Finally,by citing a real example,it also detailedly introduces the application of this proposed calculation model in the failure possibility analysis of full containment LNG storage tanks. This study provides a new approach for the evaluation of failure possibility on full containment LNG storage tanks.