SF双层油罐结构强度有限元分析

分析了SF双层油罐的结构特点,对SF双层油罐的FRP外壳和微小夹层做了合理的假设和简化。针对双层罐的复合结构,选择了分离式有限元模型,并确定了载荷以及单元划分。针对加油站使用较为广泛的30m3油罐进行了结构强度的有限元分析,结果表明:钢制内壳承担了油罐的大部分载荷,同时油罐的危险区域在砼鞍座底部外侧边的罐内壁上;微小夹层除在鞍座位置外几乎不承担载荷;FRP外壳在鞍座尖角处出现应力集中现象,此处出现破损的可能性比较大。通过对SF双层罐结构强度的分析,为SF双层罐的设计和安装提供了一定的指导依据。     

加油站埋地双层FRP油罐车道下直埋的有限元分析

针对埋地双层FRP(玻璃纤维增强塑料)油罐在自身强度及安装方式存在的一些争议,利用ABAQUS/CAE模块和三维设计软件Solid Works建立了阴模喷射成型埋地双层FRP油罐的有限元模型,按照UL1316标准以及对应的车道下直埋的安装要求,对罐体施加载荷,通过计算和分析油罐各个方向及各层的应力,结果表明:埋地阴模喷射成型的双层FRP油罐完全满足UL1316标准的受力强度要求,且符合车道下直埋的安装工况,可为该种油罐在加油站应用的可靠性和适用性提供参考。     

大直径埋地管道应力应变有限元分析与计算

利用通用分析软件ABAQUS,应用“生死单元” 技术,模拟了基坑开挖、填埋过程对Φ1 620 mm×20 mm大直径埋地管线应力应变的影响。通过对不同埋深管体应力应变的有限元分析,得出施加内压2.5 MPa,埋深8 m时,管体受到的等效应力最大（130 MPa）,未超过材料的屈服强度,管体并未发生塑性变形,管体横向最大位移为2.47 mm。通过理论计算校核,埋深8 m时,管体水平方面最大变形量为12.5 mm,远小于标准规定的48.6 mm,管体径向稳定性可靠。     

原油储罐变形对壁板应力分布的影响分析及风险评估

采用有限元软件ANSYS对某油罐进行模拟分析计算,比较储罐满载时罐体未变形与罐体变形两种情况的应力分布,得出该储罐罐体已经产生变形,且局部变形比较严重,对储罐壁板的应力分布有明显影响。通过应力分布计算和变形前后应力结果数据比较可知,罐体中下部的多处应力达到261~294 MPa,已经处在罐体材料屈服极限的范围内,且个别点的应力基本达到屈服极限上限290 MPa,具有一定危险。因此建议对其它油罐也进行变形检测,防止罐体出现较大变形,影响油罐的安全运行。     

基于温差法的齿轮与轴过盈配合分析

基于温差法过盈装配过程,建立了齿轮与轴的过盈装配有限元模型,分析了过盈配合后的等效应力、接触压力、剪切应力和位移量,并讨论了过盈量、摩擦因数和齿轮内孔倒圆角对过盈配合的影响。研究结果表明,齿轮和轴的应力和应变存在边缘奇异性,齿轮的最大等效应力和最大位移发生在距端部约1 mm处,轴的最大剪切应力发生在接触表面内2 mm处;过盈量与组件的应力和应变呈近似线性关系;摩擦因数不影响过盈配合后的应力、应变;当齿轮内孔倒圆角半径为1 mm时,可以明显地改善边缘奇异性。     

金属油罐基础设环形护墙好

石油、化工系统拱顶油罐基础的传统做法如图1所示。由于罐基础在油罐试水过程中和试水后一段时间内沉降量较大,设计要求罐基础至少高出地面500mm,并且基础护坡要等到油罐试水后再施工。但是在安装罐体时,基础边缘的砂、碎石层不断塌落、罐体施工完成后,虽然重新修补基础,也难以保证质量。当油罐投产使用后.基础发生不均匀沉陷,罐体偏斜,严重时使油罐报废.这种情况在各石油、化工单位屡     

鞍座布置对卧式容器筒体应力的影响分析

针对鞍座位置(简称A值)的变化对双鞍座卧式容器筒体轴向应力、切向剪应力和周向应力的影响进行了分析和讨论.结果表明:应尽量使A≤1/2Ra,最大不宜大于0.2L.当调整A值无法满足要求时,可以通过增设垫板、增加鞍座包角或增设加强圈的方法来满足设计要求.     

定工况下石蜡油油罐有限元分析

以10 000m3大型石蜡油油罐为研究对象,基于数值模拟技术和有限元方法,采用CFD和ANSYS软件,对温度为400K的石蜡油在进油量为200m3/h、水蒸气质量流量为700g/s工况条件下油罐的温度场及应力场进行数值分析,研究热力耦合作用下油罐结构的应力大小及分布。研究结果表明,10 000m3大型石蜡油油罐在热力耦合作用下,罐顶与槽钢相连的焊缝处应力较大,最大应力发生在进油管侧焊缝处,数值为427MPa,该应力导致油罐发生断裂。实际工况下油罐断裂情况与有限元分析结果一致。     

基于鞍座布置的高压加热器壳体适宜长径比应力分析

高压加热器通常以双鞍座或三鞍座为支承结构。鞍座的数量和位置变化可能引起壳体结构的应力集中,构成高压加热器的长期稳定运行安全风险,基于鞍座数量和位置设置优化壳体结构尺寸具有重要工程意义。对某火电厂百万兆瓦机组高压加热器,设计以长径比为单一控制变量的壳体结构优化分析方案,建立高压加热器的有限元分析简化模型,计算壳体不同长径比对应的壳体最大Tresca当量应力、一次局部薄膜应力、轴向压应力及周向弯曲应力,分析单种应力随长径比的变化规律,综合分析各种应力随长径比的变化规律,提出了适宜长径比概念,给出了高压加热器壳体厚度分别为5 mm、10mm、15 mm时的推荐壳体适宜长径比。     

冻胀对含缺陷管道应力的影响研究

为保障冻土区埋地管线在寒季的安全运营,针对中俄漠加段含腐蚀缺陷埋地管线寒季的冻胀灾害工况,采用ABAQUS建立冻土区三维热固耦合有限元模型,研究了冻胀区长度、缺陷深度、缺陷宽度及缺陷位置等对埋地管道内外壁双层面轴向应力的影响。研究结果表明:当土壤发生冻胀时,管道内、外壁面沿轴向会出现3个高风险失效区,外壁面风险失效区位于距冻胀区0～10 m的非冻胀区和缺陷区域,内壁面风险失效区位于距冻胀区0～5 m的非冻胀区和缺陷区域,内外壁沿轴向Von Mises应力对寒季地表温度敏感性极高,最高可达43%,因此寒季应根据冻胀区长度对高风险失效区管道进行适当补强;当且仅当缺陷位于冻胀区域中轴线时,冻胀将加大腐蚀缺陷处管道失效的可能性;缺陷域内管道内外壁最大Von Mises应力对缺陷深度最敏感,最高可达58%,对冻胀土壤长度、缺陷宽度和寒季温度较敏感,绝对值均达10%以上;各种因素与寒季气温变化多呈非线性关系且二者互相促进加速管道失效。研究结果可为寒季冻土区输油管道的完整性评价及维护检测等提供依据,具有一定的理论指导意义和工程实用价值。     

LNG储罐混凝土外罐稳定工况载荷及应力分析

LNG储罐结构复杂,构件种类多,受力复杂,分析极限工况下储罐各部位的应力分布,对于研究全容式混凝土LNG储罐失效具有重要的意义。为此,通过对储罐的罐顶结构简化,在考虑储罐受到的可变载荷的基础上,对罐体受力荷载系统进行了分类计算和等效处理,建立罐体承载能力极限状态下的罐顶结构载荷、预应力载荷及其他各类可变载荷的组合工况,并采用ANSYS软件建立简化后预应力混凝土外罐的1/4部分的有限元模型,通过结构化网格处理和易发生应力集中处网格加密处理,对罐体各类荷载进行了等效处理,分析了储罐在承载能力极限状态下的罐体温度和应力分布。结果表明:(1)空罐工况下罐顶处最大受压受拉应力发生在储罐承压环处,最大应变位于最大拉应力-2.81 MPa处;(2)空罐工况下承台最大压应力、最大拉应力均位于罐底部与承台连接处外缘,应变最大值也位于承台与罐底接触外缘,此部位易开裂;(3)空罐工况条件下只有罐顶部与承压环应力达到混凝土破坏极限,而储罐其余部位应力均在材料安全极限范围内;(4)满罐风载/雪载工况下,罐体混凝土墙在各部位均达到混凝土材料强度极限;(5)满罐风载/雪载工况下承台与罐底连接部位处于混凝土材料受拉应力状态,且拉应力强度远远超过强度极限,该部位小裂纹在一定条件下易发生裂纹扩展;(6)罐体在热角保护部位的压应力达到混凝土抗压强度极限。结论认为,该研究成果为全容式混凝土LNG储罐失效分析提供了理论参考。     

弹性地基上大型圆筒形储罐应力分析

搁置在钢筋混凝土环梁基础上的 150dam3 大型储罐 ,当承受液体静压时 ,罐底板与最底层罐壁板联结处(即下节点 )的应力状态十分复杂。采用有限元方法对下节点区域及储罐人孔进行了计算和分析 ,得到了较为精确和直观的计算结果 ,并提出了一些独到的见解     

大型圆筒形储罐有限元设计计算

对于钢筋混凝土环梁基础上的大型储罐，当承受液体静压时，罐底板与最底层罐壁板连接处的应力状态十分复杂。文章按弹性地基梁假设，采用ANSYS有限元计算软件提供的双线性杆单元（LINK10单元）等效替代罐底的单向弹性基础，对其进行有限元应力分析，得到了较为精确和直观的计算结果。     

大型液化天然气储罐混凝土外罐施工期间温度裂缝预测

以160 000 m³大型预应力液化天然气(LNG)全容罐混凝土外罐为研究对象,在利用ANSYS软件建立精细化LNG储罐混凝土外罐有限元模型的基础上,按实际结构施工顺序与时间,模拟了LNG储罐混凝土外罐全部混凝土浇筑过程,获得了在变温条件下,由水化热作用产生的混凝土外罐早期温度场分布;在考虑混凝土收缩和徐变的条件下,采用增量法计算了混凝土外罐的早期温度应力,确定了随时间及配筋率变化的混凝土早期抗拉强度,进而对LNG储罐混凝土外罐施工阶段的裂缝发育特征及分布规律进行了预测。结果表明,混凝土收缩对温度应力影响显著,在150 d的模拟时间段内结构温度应力呈现持续增长状态;第1浇筑段的LNG外罐温度应力明显大于其他浇筑段的温度应力,且该浇筑段的罐壁在模拟期内将产生竖向裂缝,扶壁柱处将产生局部环向裂缝。该结论可为同类工程施工建造开展相应的抗裂措施提供依据。     

过火后大型原油储罐的强度评定

根据大型原油储罐在水压试验条件下的应力和变形的有限元分析,确定了大型原油储罐的关键部位。对其关键部位材料采用热处理的方式模拟火灾过程,得到过火后大型储罐材料的力学性能和过火温度之间的对应关系。对过火后的大型储罐进行强度评定的结果表明,过火后的大型原油储罐符合强度要求。     

LNG储罐外墙温度应力分析及预应力筋设计

大型LNG储罐的外墙一般由预应力混凝土建造,其应力分布及变形比较复杂。在介绍预应力混凝土外墙温度应力计算方法的基础上,采用理论分析的方法,推导出了圆筒形外墙温度应力的计算公式、外墙在温差荷载及其他普通荷载作用下预应力筋的计算公式以及最大环向应力所在位置计算公式,进而给出了预应力筋结构调整的方案。研究结果表明,内罐的超低温液体会使预应力混凝土外墙产生很大的温度应力,环向温度应力最大可达混凝土抗拉强度的一半,使外墙在受内压时更加危险,因此在环向预应力筋设计时须考虑温差荷载影响。而后采用ADINA有限元软件建立多个钢筋混凝土分离式模型进行数值模拟,不仅验证了所推导公式的正确性,而且证明了该结构优化方案使外墙的变形及应力分布更加合理。     

瞬态力-热耦合作用下水泥环形态对套管应力的影响

基于页岩气水平井压裂工程实际,采用解析法与数值法结合的方式,建立了压裂过程中井筒温度场计算模型和套管偏心、水泥环缺失有限元模型,据此研究瞬态力-热耦合作用下的水泥环形态对套管应力的影响。结果显示:1)页岩气井压裂过程中瞬态力-热耦合作用显著提高了套管应力;套管应力呈先升高后降低的动态变化,最大应力值出现在压裂初期。2)水泥环完整或套管偏心时,瞬态力-热耦合作用降低了套管应力周向分布不均匀差异;水泥环缺失时,套管应力随着缺失角、偏心距的增大而提高。研究结果对于精确计算页岩气井压裂过程中的套管应力具有重要意义。     

LNG储罐外罐施工期间的温度应力及裂缝分布

大型LNG储罐外罐在混凝土浇筑过程中,水泥水化热会导致外罐产生较大的温度应力,从而引起混凝土开裂,将严重影响储罐的耐久性。为此,以山东某大型LNG储罐混凝土外罐为研究对象,采用ADINA有限元软件建立了精细化的LNG储罐有限元模型,按照实际的施工顺序与时间,模拟了LNG储罐外罐混凝土分层浇筑过程中的早期温度场分布;在考虑混凝土龄期效应的基础上,将外罐的温度场和结构场进行耦合,分析了外罐的温度应力及裂缝分布情况,评估了外罐混凝土开裂的风险。结果表明:1外罐在施工期间将产生较大的内外温差,引起较大的温度应力;2第1浇筑层的温度应力明显大于其他浇筑层,且第一主应力为环向应力,将使此处混凝土产生沿竖向开展的裂缝;3因为约束作用减弱,其他浇筑层混凝土产生温度裂缝的可能性很小。该研究成果为LNG储罐外罐温度裂缝控制提供了参考。     

任丘潜山油藏裂缝预测及剩余油分布研究

根据野外地质模拟调查和油藏动态、静态资料分析,建立了任丘中元古界潜山油藏构造模型。在此基础上,应用有限元法,对任丘潜山古构造应力场和现今构造应力场进行了数值模拟,对潜山裂缝分布作了定量预测,并通过大量的动态资料分析,证实了裂缝预测结果是较为可靠的。此外还预测了受裂缝控制的有利剩余油分布区,对进一步的油气开发提出了井位部署建议。