50立方米液化石油气储罐的设计【说明书+CAD】
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液化天然气储罐地震分析 作者： . 间： 08/25/2006 译：杨雪静 时间： 2013/4/20 致谢 在完成我的硕士论文时，我想表达我的感激之情， 我的导师，教授安德鲁惠特克，他 把 他的信仰 分享给我， 他 花费 的宝贵 的时间来具体指导这项研究工作的发展 。我还想感谢 克劳斯 顾问提供一些地面运动记录和安德鲁汤普森奥雅纳提供 的液体储罐 的背景资料。我衷心地感谢教授阿姆贾德阿里夫和加里 大流士 ，在需要的时候他们协助创建有限元模型 。最后但并非最不重要的，我想感谢我的家人支持我在 这两年在各方面 的工作 和我所有 在水牛城 的朋友 ，是他们的鼓励让我在我的个人和学术生活中克服任何困难。感谢 我心爱的 远在希腊的 表米歇尔罗德斯 。 2 数值模型和地震地面运动 是复杂的，必须要使用特殊类型的材料。现代 便进行 绝缘墙壁之 间可以 适当的 隔离热效应只在内胆。液化天然气（ 存储在温度为 F（ C）下很小的压力（最大 293 毫巴 / 常见的做法有利于构建 9镍钢（ 10 内胆的， 这是 一种 典型 类型的钢 材 ，专门开发用 于 在低温工作 ，显示出 可接受的 高的强度和延展性 。外罐构造任后张法预应力 钢筋混凝土或碳钢。储罐通常建 于一个混凝土底板或钢筋混凝土圈梁 上 。 通常桩基础也在 土壤条件较差的情况下 建造 。图 2息以及与通用 容量 为 15 万立方米 以 建造 在中度到高地震的区域。 图 2品 型 内胆没有 顶 ， H / R 值趋于一致 。壳壁的厚度 由顶部的 为 10 毫米 逐渐增大到 基座的 30 毫米 。底板薄（ 5 毫米），但临近 罐体圆周上的钢质底板较厚 （ 25 毫米） （图2这 个环形钢板 建造在 两个混凝土圈梁 上，它们将力 从内罐壁 转移到外罐壁上 。外罐 由 钢筋混凝土 建造 。整体结构 下方的基垫 1500 毫米 。后张预应力混凝土 罐 壁上使用 基本的 1200毫米的厚度。 随着高度增加厚度减小，当高度达到 10米时，厚度 减小到 600毫米，高度再增加厚度保持恒定。外罐的顶部构造 除了 钢筋混凝土（ 400毫米）还有 内部钢板（ 5 毫米） 。 顶部与 罐体相连接的区域由 一个混凝土 环 梁 加固来 保持 罐的环形形状，并减少顶板的平面应力。内部的钢罐周围充满 绝缘 物质 。罐的顶部覆盖有一层玻璃棉。该层被连接到甲板 甲板悬浮 由从 外罐的 顶 部 的棒支撑 。 珍珠岩填充于 双层壁 之间 和 多孔玻璃的间隙和 内 罐底板与的混凝土基板之间。 进一步的细节 见图 2 图 2的基础 示例图 拟 绍 利用的有限元法（ 拟内外罐 ，以及 其所容纳 的液体。 005年），有限元代码相结合的结构和流体仿真功能，是用来模拟三维空间中的结构，并执行模态分析和非线性地震 分析。利用 圆筒形罐的对称性，一个 分析 可以 只模拟 一半的结构，考虑（ 1）垂直 对称 平面穿越圆柱的对称轴（ 2）单轴地震震动方向平行于对称平面 （见图 2 图 2于几何对称减少的数值模型 适当的边界条件必须适用于 位于对称平面 上面的节点。考虑图 2的轴 X， 为导向，对称边界条件的节点 进行 位移和旋转： x z （ 图 2体直角坐标系 钢罐 内钢罐 的壁厚相对于罐体的半径比较薄 。 由 四节 点 ， 24 自由度的四边形弹性壳单元（ 时具有这两种膜和弯曲的能力是用来 模拟 罐的壁模型。输入 的四个节点的每个壳的厚度 定义的每个有限元的区域上的厚度 随有限元区域而线性变化 。钢材特性值 见 表 2 表 2各向同性的材料属性 弹性模量的弹性帕） 2E +08 量牛每立方米） 流体（ 液体（ 是仿照三维八节点的 24 自由度流体元素（ 这些元素在每一个 节点（在三个方向上的位移） 具有 3 个自由度 ，并用于没有净流量，并没有表现出非常大 位移的节点 流体建模。在材料 特性 的输入文件中， 正如 户手册中定义的， 弹性模量 El(对应到大容量模 量的流体。 应力 - 应变关系被定义为：升散 P = （ 装其中， p 是压力和 是的元素的体积应变。 剪切模量和弯曲模量是任意指定的一个非常小的值，以提供一定的剪切力和旋转稳定性。在这种应用 下 程序使用的水的体积模量作为输入值。 因为没有流程， 粘度被忽视。位于在对称平面的节点按照方程的边界条件。 钢材的各向同性参 数在罐的基础上，在垂直方向上受到 限制。元素还包括特殊表面效应，这可以被认为是用于 重力保持 表面 位置 。 表 2体各向同性的材料属性 弹性模量帕） 2E +06 度 量牛每立方米） 流体结构相互作用 这种作用伴随着这两个区域常见因素下适当点的耦合 。这意味着，每个域的正常啮合必须确保 必 须确保的流体单元，将存在于外部节点的壳单元的节点相同的几何点。下一个步骤是从笛卡尔到圆柱以改变它的节点坐标系。改造后， Y 轴在同一水平平面和 Z 轴的圆周方向上是不变的。这允许在径向方向上， 图 2这意味着该液 体 不能壳壁分离，但可以在横向方向移动，且只适用于在水箱上的正常压力。 图 2点在柱 坐 标系中的径向方向 假设液体不能从壳壁分离，也可用于在制定者豪斯纳（ 1957）的机械模拟。这是一个近似方法，简化造型的流 体结构模型 相互作用，假设 为 线性的，并允 许在一个模态的特征值的分析。如果不进行这种假设，那么每一次的流体分离罐的内壁，从流体区域要重新划分网格。这种模拟是非常复杂的，需要同时使用有限元（ 代码和计算流体动力学（ 代码。所需要的时间进行分析，大大增加了 工作量 ，因为在每一个时间步长的固体边界的位移从有限元分析的应用的流体的边界，而 。 凝土 外罐 外罐混凝土是仿照八节， 24自由度固体元素（ 这些元素 每个节点具有三个平移自由度 。正交各向异性材料的性能 表 2凝土正交异性材料特性 弹性模量, , ,x c y c z E（千帕） 07 泊松比, ,xy c xz c yz 切模量, , ,xy c xz c yz G（千帕） 07 重量牛顿每立方米） 有限元模型的尺寸 内部和油箱的外壁 没有动态的相互作用。因此，本 罐壁使用两个单独的模型分析。一个交待 内罐流体系统（内 模型），另一个交待 外槽（外部模型）。外部模型具有精确的尺寸 图 2部模型具有相似的尺寸图 2表 2图 22示 目前在这项研究中使用的有限元模型。内罐的模型，包括外壳和流体元素描绘 ， 在图 2显示 。外槽的型号的由在图 2个内钢外的混凝土墙 有一个固定的基座。数值模型中 基板和在它们之间的绝缘层是被忽略的 。 壁的底部的节点所有的 6个自由度（方程 被固定，在底部的流体的节点 沿式 固定的 。 0x y z x y U （ 0 （ 在 如果整个结构 沿 速移动 。收敛研究进行调查的最佳元素啮合精度和计算时间 方面 。 表 2内 钢 罐 流体 厚度（毫米） 顶部 8 底部 34 高度（米） 径（ m） 图 2罐的有限元模型 图 2罐的有限元 模型 化建模 尔 2004），一个通用的有限元程序，用于 模拟 计算 在地震作用下的响应。该模型由两个独立的自由度（冲动和对流），都有助于 增加 底部剪力和倾覆力矩。图 2出在左侧和右侧的等效模型在 马尔霍特拉模拟。 图 2 类似的在 每个质量通过 固定的可以绕顶部旋转的梁单元与 地面 连接 。每个梁单元的刚度，K，可以 从每 个考虑的简化模型给出了的计算公式 计算 出来。公式包含了周期 T， 每个振动模式和质量 M，与这种模式下的高度 H，在该基地 将产生正确的倾覆力矩 的 转动惯量 I，可以使用方程 计算 。 如 中， 能由用户任意选择。 4 222 ( 3 4 2 33. 3 3 2 3E I H K I T E ( 罐底部剪 切力 和倾覆力矩 是系统 总 的剪切力和力矩 ， 从而 导致 对 剪切和倾覆 两个自由 度 有所 贡献。 模态分析 2 1 内部模型 在前一节中所述 ,线性化表示的槽液系统允许 进行 一个模态特征值 的 分析。对于这些特定的流体元素 , 模态分析用 集中质量矩阵理论 和 “ 减少法 ” 。这种方法使用更少的自由度 ,被称为 主自由度 ,来阐述 质量和刚度矩阵的系统。 该方法的准确性 ,因此 ,选择主 自由度来表示 真正的质量和刚度的结构。的情况下一个包含流体晃动在一辆坦克 , 大师 ” 自由度应该选择 : 在垂直方向 ,Z,节点 位于 液体表面 在激励方向 ,X,节点 位于 内部的钢罐 体 这个选择允许流体边界正确 地 评价的刚度矩阵 (主要与 钢壳壁 相关 )和普通的 质量矩阵 模型 (主要是与相关的流体域 )。 槽液系统最重要的模型形状 绘制在 图 2 - 9到 2 - 13。 图 2 图 2二晃动模式 ( 图 2第一个耦合模式 （ 图 2第一个垂直耦合模式 （ 图 2二耦合模式 前两个模 式形状涉及液体晃动没有任何壳壁的参与。这表明 ,特征值与特征向量对墙壁的刚度影响相互独立。剩下的模式形状对应耦合运动的罐体和流体。 表 2 - 5 总结 计算 了自然周期 ,并 将 在 晃动和冲动的周期和 由 公式计算的周期进行了比较 。 表 2壁模型的自然周期 尔霍特拉计算 差值（ %） 频率（ 周期（ s） 周期（ s） 第一晃动模式 二晃动模式 - 第一耦合模式 一 第一个垂直耦合模式 - 第二耦合模式 - 部模型 外部预应力混凝土外壁也进行模态分析。用 “ 分块 兰克泽斯 法（默认）解决特征值问题。此方法执
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