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焊接对大型石油储罐象足屈曲的影响规律

浙江大学学报（工学版） 2011年第7期45卷 1248-1253页

作者：余雏麟陈志平曾明杨立才曹国伟浙江大学化工机械研究所浙江杭州310027

为了研究大型石油储罐在地震载荷作用下发生象足屈曲时的临界载荷与理论计算值之间的差异成因,采用数值模拟方法分析大型石油储罐纵环焊缝、焊接次序等因素对象足屈曲临界载荷的影响.提出焊接残余变形可以看作圆柱壳壁上的初始几何缺陷... 详细信息

为了研究大型石油储罐在地震载荷作用下发生象足屈曲时的临界载荷与理论计算值之间的差异成因,采用数值模拟方法分析大型石油储罐纵环焊缝、焊接次序等因素对象足屈曲临界载荷的影响.提出焊接残余变形可以看作圆柱壳壁上的初始几何缺陷,在一定程度上会减小大型油罐的象足屈曲临界载荷.利用固有应变有限元法建立考虑焊接残余应力及变形的大型油罐象足屈曲准静态计算模型,分析焊缝有无、焊缝类型、焊接残余应力和变形、焊接次序对油罐象足屈曲的影响.结果表明,焊缝的存在都在不同程度上降低了油罐的象足屈曲临界载荷;在相同的固有应变下,油罐象足屈曲临界载荷降低的程度与焊缝的类型有关;焊接残余应力和变形越大,象足屈曲临界载荷越低,焊接次序对油罐的象足屈曲临界载荷影响不大;焊接产生的残余应力及变形的存在使得油罐罐壁发生象足屈曲处的位置有了一定程度的提高.

关键词：大型石油储罐象足屈曲焊接固有应变生死单元

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地基沉降对石油储罐象足屈曲的影响

中国安全科学学报 2018年第9期28卷 56-61页

作者：石磊帅健王晓霖许葵中国石油化工股份有限公司大连石油化工研究院辽宁大连116045 中国石油大学(北京)机械与储运工程学院北京102249

为优化大型石油储罐的抗震设计,针对大型非锚固外浮顶储罐,综合考虑地基、非锚固罐底、变壁厚、抗风圈等几何结构和材料特性等因素,采用有限元分析(FEA)法构建储罐全模型,分析地基沉降对罐壁象足屈曲临界载荷的影响;基于Fourier变换,通... 详细信息

为优化大型石油储罐的抗震设计,针对大型非锚固外浮顶储罐,综合考虑地基、非锚固罐底、变壁厚、抗风圈等几何结构和材料特性等因素,采用有限元分析(FEA)法构建储罐全模型,分析地基沉降对罐壁象足屈曲临界载荷的影响;基于Fourier变换,通过若干阶谐波组合的形式模拟储罐地基沉降,分析地基谐波沉降前后储罐的径向变形、屈曲模态与屈曲强度,探明储罐地基单次谐波沉降的谐波次数、谐波幅值、谐波的波峰与波谷对象足屈曲临界载荷的影响。结果表明:地基谐波沉降在不同程度上降低了油罐的象足屈曲临界载荷。储罐象足屈曲临界压应力随地基谐波沉降幅值的增大而减小;相同沉降量下,随着谐波次数的增大,储罐抗屈曲的能力越来越弱。

关键词：储罐地基沉降谐波有限元分析(FEA) 象足屈曲

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立式储液罐象足屈曲的准静态数值模拟

压力容器 2006年第1期23卷 6-9页

作者：葛颂陈志平沈建民蒋家羚浙江大学化工机械研究所浙江杭州310027

“象足”屈曲现象是大型钢制立式储液罐地震破坏的主要形式之一,它发生在靠近底部的壁板区域。在考虑大变形几何非线性和材料非线性条件下,本文利用非线性有限元法,以轴对称载荷壳单元模型,对一定尺寸范围内的储罐进行了准静态弹塑性屈... 详细信息

“象足”屈曲现象是大型钢制立式储液罐地震破坏的主要形式之一,它发生在靠近底部的壁板区域。在考虑大变形几何非线性和材料非线性条件下,本文利用非线性有限元法,以轴对称载荷壳单元模型,对一定尺寸范围内的储罐进行了准静态弹塑性屈曲分析。研究了受轴向压应力情况下,环向应力和轴向压缩失稳能力之间的关系。并强调了轴向压力是导致失稳的主导作用。

关键词：象足屈曲储液罐非线性有限元

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材料特性对大型油罐象足屈曲临界应力的影响

油气储运 2018年第8期37卷 873-877页

作者：石磊李在蓉帅健许葵王晓霖中国石油化工股份有限公司大连石油化工研究院中国石油管道科技研究中心中国石油大学(北京)机械与储运工程学院

象足屈曲是大型油罐在地震载荷作用下的典型破坏方式。在国内外规范中,油罐抗震设计公式均基于薄壳的弹性稳定理论,而象足屈曲属于弹塑性屈曲,因此,有必要研究储罐材料特性对象足屈曲临界应力的影响。基于Ramberg-Osgood材料模型,提出... 详细信息

象足屈曲是大型油罐在地震载荷作用下的典型破坏方式。在国内外规范中,油罐抗震设计公式均基于薄壳的弹性稳定理论,而象足屈曲属于弹塑性屈曲,因此,有必要研究储罐材料特性对象足屈曲临界应力的影响。基于Ramberg-Osgood材料模型,提出大型油罐象足屈曲的临界应力计算公式,分析材料参数的屈强比、屈服强度以及罐壁环向应力对罐壁屈曲临界应力的影响。研究结果表明:大型油罐发生象足屈曲时,材料幂硬化指数与罐壁屈曲临界应力的关系受罐壁环向应力的影响,环向应力的增大能够有效降低储罐的屈曲临界应力,且屈曲临界应力随着屈强比的增大而降低。当环向应力与屈服强度之比一定时,材料屈服强度的增大能够适当提高罐壁屈曲临界压应力,但效果并不显著。

关键词：大型油罐象足屈曲屈强比屈服强度环向应力

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大型立式储液罐抗震分析的数值模拟研究

大型立式储液罐抗震分析的数值模拟研究

作者：葛颂浙江大学

学位级别：硕士

本文针对大型非锚固式储罐,采用有限元数值模拟方法研究了以下三个方面问题:静载荷下罐-土接触问题,准静态载荷工况下象足现象,及罐-液耦合模型的地震响应。本文研究的主要目的是探寻该复杂非线性系统的科学数值建模方法,以下是本文的... 详细信息

本文针对大型非锚固式储罐,采用有限元数值模拟方法研究了以下三个方面问题:静载荷下罐-土接触问题,准静态载荷工况下象足现象,及罐-液耦合模型的地震响应。本文研究的主要目的是探寻该复杂非线性系统的科学数值建模方法,以下是本文的三个主要创新点: 1.基于有限元接触分析,提出了一个新的地基-结构耦合建模方法,以求更合理的描述下节点区域(罐壁底部和底板焊接区域附近)的应力情况和地基之间的关系。该法能通过监测地基沉降量,方便地得知罐壁及底板的应力应变水平和分布情况。 2.总结并改进了多种象足屈曲现象模拟分析的准静态方法,并创新性地提出了局部罐壁底部预提离工况下,非锚固罐象足屈曲的动力学建模方法。 3.通过在地基上作用水平脉冲激励,来研究罐-液耦合系统的自由振动特性。在这些方法创新基础上的数值模拟研究,获得了一些重要结果: 1.罐底地基沉降量和罐壁罐底板之间应力水平存在对应关系,具有工程应用的价值。 2.利用非线性有限元研究象足屈曲产生的机理,证实了:罐壁竖直轴向压应力和由内压(静水和动水压力叠加)所产生的罐壁环向拉应力共同导致罐壁失稳,发生弹塑性屈曲变形。并且与目前国内外众多储罐抗震规范一致的是,罐壁的竖直轴向压应力是发生屈曲失稳的主导因素。 3.考虑罐-液耦合系统的固有频率求解是非线性问题,本文运用脉冲响应试验方法建立有限元模型,通过Fourier变换,从时域相应结果获得系统的频谱。 4.另外,对地面加载单项正弦共振波和三向El Centro地震波,成功地模拟出了非锚固罐的翘离现象,在此基础上深入地研究了翘离形成机理,定性的给出了翘离的地面区域形状,翘离高度及翘离发生时的关键应力水平。验证了即使15万方大型立式储罐也会发生翘离现象。

关键词：储液罐有限元方法象足屈曲翘离抗震罐液耦合(结构-流体耦合)

土体与储罐动力相互作用体系地震响应规律研究

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土体与储罐动力相互作用体系地震响应规律研究

作者：张志伟中国石油大学(华东)

学位级别：硕士

随着我国能源需求和战略储备的急剧增长,储罐正向大型化、群罐化方向发展。目前我国处于强震高发期,强震作用下地基土体会发生明显的变形,可能会引发罐体焊缝开裂,导致储油外泄,一旦着火将会酿成灾难性事故,因此保证大型储罐的安全运营... 详细信息

随着我国能源需求和战略储备的急剧增长,储罐正向大型化、群罐化方向发展。目前我国处于强震高发期,强震作用下地基土体会发生明显的变形,可能会引发罐体焊缝开裂,导致储油外泄,一旦着火将会酿成灾难性事故,因此保证大型储罐的安全运营非常重要。地震时不仅单个罐体与地基土体之间,而且相邻的罐体之间通过土体都存在着相互作用。然而在我国现行设计规范和标准中,关于储油罐的抗震设计均按刚性地基假定,并没有考虑土体与罐体相互作用以及相邻罐体间的交叉相互作用。目前强震下邻近罐体连同地基之间的相互作用机理研究尚不深入,与储罐大型化、群罐化的发展趋势不符,基于此本文开展了如下工作:1.对罐液体系的简化分析方法进行了阐述,建立了刚性地基储罐模型,土体-单罐系统和土体-双罐系统的有限元模型,确定了系统的自振频率和振动模态,分析了考虑土结相互作用,以及增加邻近罐体后系统动力特性的变化。以罐体基底剪力和弯矩为分析指标进行了谐响应分析,结果表明土结相互作用对罐体响应的影响较大,不考虑土结相互作用可能会低估罐体的响应,土体-双罐系统的响应较单罐时更加复杂。2.选取两条天然地震波和一条人工波,分别对刚性地基储罐、土体-单罐、土体-双罐等三种计算模型进行地震响应分析,研究了考虑土结相互作用、以及周围罐体增加后罐体地震响应的特点和变化规律。结果表明,考虑土结相互作用时罐体的基底剪力和弯矩响应有所增大,按刚性地基进行设计可能会使得罐体偏于不安全;土体-双罐系统中,相邻罐体连同周围地基间的相互作用效应使得罐体地震响应增大,若按照单罐模型设计可能低估罐体的响应。3.在前面地震动输入下,对单罐、双罐、三罐、五罐等四种情况,分别建立其土结相互作用计算模型进行地震响应分析,研究了土体剪切波速、罐体H/R、罐体数目、罐体排列方式以及地震激励方式(一致激励和行波激励)等因素对罐体地震响应规律的影响。结果表明,罐体响应随着土层剪切波速的增大而增大;处于中心位置的罐体地震响应随着罐间距的增大呈现先增大再减小的变化规律,并且在1倍罐体直径时达到最大;按照并列排布的五罐情况进行抗震设计更加安全;采用行波激励时罐体响应较一致激励有所减小,且随着行波波速的增加而增大。4.建立三维罐液耦合体系的数值模型,以考虑前后左右罐体影响的错列排布的五罐模型中罐体基础处的加速度响应为输入,研究了液体的晃动、沿罐壁高度的变形、应力分布及罐壁屈曲失稳等。结果表明,在距罐底0.5 m左右高度处,罐壁的环向拉应力和轴向压应力达到最大,且最大压应力超过了规范规定的容许值,导致罐壁局部屈曲失稳破坏,出现明显的“象足”变形,设计时应适当增大罐体底部附近的罐壁材料厚度,以确保罐体的安全运营。

关键词：土结相互作用地震响应储罐象足屈曲邻近罐体

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大型石油储罐罐壁强度与稳定性计算方法研究

大型石油储罐罐壁强度与稳定性计算方法研究

作者：杨立才浙江大学

学位级别：硕士

随着油罐的大型化,其潜在的风险也越来越大,大型油罐一旦破裂,就会造成重大损失。严格按现行标准进行设计的油罐仍然在历次地震、飓风等灾害中遭受大量破坏。为了确保大型油罐的安全,需要对其强度与稳定性计算方法开展进一步的研究。本... 详细信息

随着油罐的大型化,其潜在的风险也越来越大,大型油罐一旦破裂,就会造成重大损失。严格按现行标准进行设计的油罐仍然在历次地震、飓风等灾害中遭受大量破坏。为了确保大型油罐的安全,需要对其强度与稳定性计算方法开展进一步的研究。本文深入研究比较了中美口欧油罐设计规范罐壁强度与稳定性计算方法,分析了存在的不足。在此基础上,结合国内外最新研究成果,对大型油罐罐壁的强度计算、罐壁象足屈曲失效和风压失稳临界荷载计算方法开展了深入的基础理论研究工作,相关成果能为进一步保障大型油罐安全提供技术支持。论文主要开展了以下研究工作：(1)深入研究了中国标准GB50341、美国标准API650、日本标准JIS B8501和欧洲标准BS EN14015油罐罐壁壁厚计算方法。建立了基于组合圆柱壳理论的罐壁强度合理设计评价方法,并利用此方法详细讨论了焊接接头系数和钢板许用应力对罐壁厚度计算的影响。进而针对目前我国油罐设计规范GB50341存在的不足,开展大量数据比较分析,提出了种符合我国工程实际且适用于大型油罐罐壁强度计算的合理方法。(2)建立了符合大型油罐象足屈曲实际失效机理且便于工程计算的罐壁屈曲临界应力计算方法。假设轴对称屈曲并根据相邻平衡准则,首先获得了基于J2流动理论推导得到的理想罐壁弹塑性失稳临界应力。此外,联合现行油罐设计规范和本文所得结果,通过引入塑性影响系数得到了新的罐壁屈曲临界应力计算公式,并与中美日欧规范相关公式计算结果进行了详细对比。结果显示,在轴压与高液压联合作用下,罐壁材料性能快速改变导致屈曲临界应力迅速降低。(3)推导并给出了考虑大型油罐实际多层变壁厚影响的罐壁风压失稳临界荷载计算公式。联合分离变量法、摄动法和傅立叶级数,建立了壁厚按任意形式轴对称变化的圆柱薄壳在均匀外压作用下的屈曲分析方法。采用反正切函数精确地描述了油罐的多层变壁厚,首次获得了油罐在风压作用下的屈曲荷载与各层壁厚值之间的解析表达式。

关键词：大型石油储罐强度计算变壁厚圆柱壳象足屈曲风压失稳

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无T形接头及大角焊缝的钢制焊接超大型油罐

化工机械 2016年第6期43卷 754-758页

作者：倪永良崔琴王海范江苏省化工设备制造安装有限公司

设计了一种无T形接头及大角焊缝的钢制焊接超大型油罐,在罐壁与罐底环形边缘板之间增加了过渡连接圈,使圆筒形罐壁通过弧形过渡段圆滑过渡到平面形罐底,这种结构可以明显降低罐壁与罐底连接部位的边缘应力,排除了整个油罐的主要危险点,... 详细信息

设计了一种无T形接头及大角焊缝的钢制焊接超大型油罐,在罐壁与罐底环形边缘板之间增加了过渡连接圈,使圆筒形罐壁通过弧形过渡段圆滑过渡到平面形罐底,这种结构可以明显降低罐壁与罐底连接部位的边缘应力,排除了整个油罐的主要危险点,可使超大型油罐能够安全运行。

关键词：超大型油罐 T形接头大角焊缝低周疲劳提离运动象足屈曲抗震性能

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中国油罐设计标准与欧美日标准比较

中国油罐设计标准与欧美日标准比较