基于流固耦合理论的立式储液罐抗震数值分析

建立基于流固耦合理论的立式储液罐非线性数值模型,并在地震荷载作用下对其进行罐底提离机理探讨以及罐壁＂象足＂和＂钻石＂变形仿真分析。结果表明,考虑罐壁与液体、罐底与基础接触的模型是有效的,由于液体晃动产生的倾覆力矩作用使罐壁受拉侧罐底边缘倾向于脱离地基,形成罐底提离,从而导致罐壁＂象足＂变形的屈曲破坏。     

流固耦合对大型储液灌抗震性能的影响研究

针对大型石油储液罐在地震中的抗震性能,本文建立了大型储液罐的三维有限元模型,并分析了储液灌的动力特性及流固耦合对于大型储液罐抗震性能的影响。结果表明,考虑流固耦合时,储罐会出现明显“象足”失稳现象,所以在对大型储液罐抗震设计时,应加强储液罐底部的抗震能力。     

储液罐抗震研究现状和提离在地震反应中的影响

本文对储液罐抗震研究的状况进行了分析和预测,总结了静力和振动台动力实验中提离现象的影响,也对两个提离力学模型的主要研究结果作了简要介绍.     

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.     

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.     

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。     

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.     

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。     

考虑地基固结效应的储罐静力特性分析

建造在软土地基上的储罐,其底板和壁板的受力不但与底板的坡度有关,而且与储液的加载速度、地基参数有关.针对地基基础与储罐共同作用问题进行非线性固结弹塑性有限元数值模拟计算,分析地基变形、储罐内力与变形的时间效应.计算结果表明,地基内的孔隙水压力变化趋势与一维固结特性相似,底板的径向应力和壁板的环向应力在设计中起控制作用,底板坡度建议值为2%～5%.壁板发生象足的位置位于距离储罐底板1 m左右处,该位置容易发生屈曲破坏.     

基于组合圆柱壳理论的大型油罐应力分析

为准确获得大型石油储罐的壁板应力分布，提出了一种长 短圆柱壳解析方法.当考虑到底板与第1层壁板连接处边缘力系对第2层壁板的影响，将第1层壁板视为短圆柱壳，其他各层壁板视为长圆柱壳，同时采用刚性 弹性地基梁耦合模型模拟底板时，导出了大型油罐壁板的应力表达式.以15×104 m3浮顶油罐为研究对象，进行充水试验的现场应力测试，获得了实测应力分布.结果表明，由该方法得到的理论值与实测值吻合得较好,最大误差为6.02%，满足工程误差精度的要求，可为油罐进一步大型化提供技术支持.     

刚性储罐基底隔震的动力反应

为了降低水平地震激励下圆柱形储罐的地震响应,假定储罐罐壁为刚性运动,液体为理想流体,同时考虑液体自由表面的晃动影响,依据储罐内液体满足的边界条件和势流体理论,给出了动水压力、基底剪力和倾覆力矩的理论表达.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,给出了刚性储罐晃动波高、基底剪力和弯矩的简化表达,建立了...     

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.     

应变疲劳寿命的强度稳定综合理论法研究

应变疲劳分析是解决结构失效问题的重点研究内容之一.运用强度稳定综合理论及方法将应变疲劳寿命转化为切线模量因子的表达,通过分析转化过程中的无量纲曲线,发现一些材料间的固有规律.以切线模量因子为桥梁,将循环应力应变曲线中的应力作为裂纹扩展时的临界应力,对应该应力的应变值当作疲劳试验的控制应变幅值,则对应的裂纹长度就是应变疲劳寿命的折算裂纹长度;通过切线模量因子建立的衍生比例定律和应力疲劳寿命的建模方法可以得到寿命应变关系的预测模型.这一模型与灰色系统理论的GM模型具有相同的数学表达,并通过实验数据验证该模型的误差小于5%.     

大型原油储罐有限元分析建模的新方法

为了准确计算大型原油储罐的底板应力，提出了一种有限元分析的建模方法. 初步分析了弹簧杆模型与弹性地基接触模型的差异，选取接触单元模拟地基 罐底板的相互作用. 比较了罐底板上表面径向应力理论解、有限元计算应力结果与实测应力数据的误差，并结合油罐钢筋混凝土环梁和弹性地基的沉降特点，提出将两种地基的沉降量差作为有限元建模的边界条件. 通过试算得到了地基的弹性模量和沉降差估算值.结果表明，理论估算结果与基础沉降监测值吻合很好，该方法可以准确地模拟油罐底板的应力，还可以预测在用大型油罐的安全性.     

基于理论的相变储能换热器传热性能分析

在理论成功应用于常规换热器的基础上,将传递效率、耗散数及基于耗散的换热器热阻应用于相变储能换热器的传热性能分析中。定义广义耗散率并由此推导出相变储能换热器蓄热、放热及总过程的传递效率及其瞬时值。确定耗散数及基于耗散的换热器热阻计算中换热量的取法。选取一种相变储能装置作为分析对象,通过理论分析绘制各主要部分温度变化趋势,进一步简化得到硅油、水的出口温度表达式,作为算例分析基础。结果表明, 传递效率的应用范围最广,可用于计算相变储能换热器蓄热、放热及总过程的(瞬时)不可逆热损失,且评价结果与传热性能相符,瞬时传递效率随蓄热时间的增加先增大后不变再增大,随放热时间的增加先减小后不变再减小; 耗散数在蓄热过程和总过程中的评价结果与传递效率一致,瞬时耗散数随蓄热时间的增加先减小后不变再减小,然而在放热过程中的应用受限。基于耗散的换热器热阻的部分评价结果与实际不符,应用限制较大。蓄热过程及总过程中,当蓄热量、取热量与蓄、放热阶段时长同步变化时, 传递效率、耗散数与基于耗散的换热器热阻几乎无变化;当装置传热性能提高时, 传递效率增大, 耗散数减小,基于耗散的换热器热阻减小;放热过程中,设置参数的变化不影响装置传热性能, 传递效率基本无变化。     

基于运动稳定性理论的大坝安全监控指标

大坝安全监控指标是监控大坝安全的重要内容,然而现有的监控指标拟定方法由于与大坝安全联系不密切,从而拟定的是大坝异常的监控指标.根据大坝转异的基本特征,从结构分析方法出发,结合运动稳定性理论求解大坝的极限状态,并根据大坝实际工作的不同安全状态,拟定相应的安全监控指标.最后,把该方法应用到某拱坝中,为该工程的安全监控提供科学依据.