[精品资料]毕业设计资料_储罐倒装法施工提升过程中支撑片受力有限元分析

摘要随着石油化工行业的不断发展，储罐的需求量不断增加。储罐的施工方法通常主要有正装法和倒装法两种，对于容量大于20,000立方的浮顶罐，国内一直局限于水浮法正装法和角手架正装法，中小容量的储罐采用倒装法。相对正装法施工中的大量高空作业，倒装法具有低空作业、操作方便、安全性高的优点。随着储罐向大型化发展，研发大型储罐的倒装施工工艺，已经成为一种必然趋势。本文在全面回顾国内外储罐倒装法施工工艺及发展现状的基础上，选择倒装法施工提升过程中，液压提升所需要的支撑片为研究对象，采用ANSYS软件建立储罐焊接支撑片模型，并进行有限元分析。主要分析在吊装过程中支撑片的应力分布，确定该焊接支撑片能否安全可靠确保施工质量。得到该支撑片的应力分布云图，及应力的最大位置。从图中可以看出支撑片上应力的分布是不均匀的，而且在焊缝周围应力很大。关键词：储罐倒装法；支撑片；有限元分析AbstractWith the continuous development of Petrochemical industry，Ever-increasing demand for storage tank. Tank construction method is usually the main method is loaded and two flip-law, for a capacity of more than 20,000 cubic meters of floating roof tank, has been confined to the domestic water float angle is hand equipment and aircraft are fitted law, the use of small and medium-sized tank capacity inversion method. Construction equipment is a relatively large number of high-altitude operation, with a low flip-law operation, easy to operate, the advantages of high security. With the tank to the large-scale development of large storage tanks of the flip-construction process, has become an inevitable trend. In this paper, on the basis of a comprehensive review of domestic and foreign tank flip chip construction technology and the development of the status quo , choice of flip-law to enhance the process of construction, hydraulic lifting of the films required for study, using ANSYS software to support the establishment of tank welding chip model and finite element analysis carried out. The main analysis the support films stress distribution in the process of lifting, to determine whether the support films can to ensure the construction quality of secure and reliable.keywords: tank flip chip; support film; Finite Element Analysis23目 录1绪论11.1研究意义11.2研究目的11.3研究现状22理论基础32.1大型储罐发展概况32.210万立方浮顶储罐施工简介42.2.1概述42.2.2 施工方法42.3倒装法施工工艺62.3.1 液压提升原理及方法62.4有限元理论基础82.4.1 有限元法的基本思想82.4.2 有限元法的分析过程82.4.3 有限元的优越性82.5ANSYS软件92.5.1 ANSYS的功能92.5.2 ANSYS的特点102.5.3 ANSYS软件的结构103有限元分析133.1建立模型133.2划分网格163.3施加约束与载荷183.4结果分析183.5结论21致 谢22参考文献23储罐倒装法施工提升过程中支撑片受力有限元分析1 绪论1.1 研究意义随着石油化工行业的不断发展，储罐的需求量不断增加。储罐的施工方法通常主要有正装法和倒装法两种，对于容量大于20,000立方的浮顶罐，国内一直局限于水浮法正装法和脚手架正装法，中小容量的储罐采用倒装法。倒装法是目前大型储罐安装施工的常用方法，其工艺及配套设备有很多种，但其中最先进、最可靠、最具生命力的当属倒装法液压提升技术1。大型储罐倒装法（或钢桅杆、通讯塔和钢尖塔等）用液压提升施工成套技术是以SQD-160-100s.f松卡式千斤顶（承载力16t，液压行程100mm）为主体配以不同型号的液压泵站和液压管路系统等配件，组成大型储罐（或钢桅杆、通讯塔和钢尖塔等）液压提升施工成套设备，可适用于大型储罐（拱顶罐、浮顶罐和内浮顶罐、钢桅杆、通讯塔和钢尖塔等）的提升施工。正装法是自罐底向上逐层施工，最后装上罐顶，这种方法必须进行高空作业，而且全过程均需大吨位吊车配合施工，还需要搭设吊车或悬挂脚手架。倒装法的施工顺序是：罐底、罐顶、上层（第一层）壁板、逐层提升中间各层壁板、下层壁板。这种方法全部地面作业，不仅安全可靠、工效高、而且节省了吊车和脚手架费用2。随着近年来计算机技术广泛应用与发展，使有限元分析软件在工程应用与分析中得到了广泛的应用，并且具有其独特的优势。由以上可见，采用有限元进行受力分析具有极大的潜在经济效益和社会效益，对机械工业与科学技术的发展有重大意义。1.2 研究目的有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件），从而得到问题的解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段3。受力分析的研究方法大致可以分为两类：实验法与科学分析法(即理论法)。完全采用工艺实验的方法研究结构件受力情况，不但成本很高，而且周期也会很长，需要投入大量的人力、物力、财力。而采用ANSYS有限元软件进行分析与研究具有其他研究方法无法比拟的优点。本课题建立储罐焊接支撑片模型，分析在吊装过程中支撑片的应力分布，确定该焊接支撑片能否安全可靠确保施工质量。1.3 研究现状目前的油罐越来越向大型化方向发展，因为储油罐单罐容积越大，单位容积的钢材耗用指标越低，相同储量的油库成本越低，同时罐区总占地面积也越小，方便管理，可以降低总成本。1962年美国芝加哥桥梁公司首先建成10104m3浮顶油罐，直径87米，高约21米；1964年壳牌石油公司在欧洲建成10104m3浮顶油罐；日本发展得比较晚，但是近年来迅速赶上，日本在1965年建成10104m3浮顶油罐，1971年建成16104m3浮顶油罐，直径109米，高17.8米；沙特阿拉伯也已成功建造了20104m3浮顶油罐，其直径高达110米，高22.5米4。 1985年中国从日本引进第一台10104m3浮顶油罐，到目前已经建成10104m3大型浮顶油罐几十台。2003年在广东茂名建成了12.5104m3罐，2004年在江苏仪征建成了15104m3罐。这些大型罐的设计大多参照美国的API650标准或JIS B 8501标准。这类大型罐的设计，我国还处于起步阶段，正在不断摸索，有许多方面需要研究。保障油罐的安全是目前最重要的问题，目前的设计标准并不能绝对保证油罐的安全，还是有大量的油罐在地震、飓风中发生破坏。 随着计算机技术及数字计算方法的发展，有限元作为一种有效的计算分析工具，越来越广泛地应用于工程领域。目前许多人对油罐进行过有限元分析，在这些分析中有些是采用三维实体单体进行计算，有些则利用轴对称有限元进行计算。油罐罐壁上有许多开孔和接管，这些部位的应力状态非常复杂，无法用一般的理论方法进行求解，这就需要借助有限元这一工具。目前计算这些部位的应力均采用三维有限元法或壳单元法。由于油罐直径大，壁厚相对较薄，要划分高质量的三维实体网格需要较多的单元和节点，就需要高性能的计算机相助；而采用粗糙的网格，会降低计算的精度。如果采用壳单元进行计算，由于壳单元本身就已经做了一定的简化假设，无法准确地计算壁板与补强板焊接处的应力，具有一定的局限性。因此需要一种既不需要太大计算量，又有足够计算精度的方法计算开孔部位的应力5。2 理论基础2.1 大型储罐发展概况立式圆柱形储液罐按罐顶型式可分为拱顶罐、外浮顶罐、内浮顶罐等，储存原油的大型储油罐一般采用外浮顶油罐以减少成本。大型储罐按照与地基连接型式的不同，可分为锚固罐和非锚固罐。储罐底部与地基刚性连接称为锚固储罐；直接摆放在地基上的，称为非锚固储液罐。液化天然气(LNG)储罐、液化石油气(LPG)储罐等低温罐多为锚固罐。而大型原油储罐等常温低压罐，多为非锚固罐，直接搁置在地基上，以降低造价。小容积的储油罐，通常直接放在经平整夯实的地面上；大容积储油罐，为防止过度不均匀沉降，通常采用带混凝土圈梁的地基。这类储罐内部受液压作用，从下往上液压逐渐减小。遵循等强度设计理念，通常采用不等壁厚的圆柱形筒节焊接而成，从下往上数，第一圈壁板厚度最大，往上依次减薄。实际上，油罐特别是空罐在风压的作用下很容易产生失稳，因而罐壁不能太薄，各国标准中都有一个最小公称厚度。目前我国建造的10万立方米及以上油罐的最小公称厚度12mm，与日本JIS B 8501标准一致。同时，为防止失稳，油罐上部通常设置有抗风圈、加强圈等。大型油罐的底板分为两部分：边缘板和中幅板。边缘板与壁板相连，应力状态较复杂，因此厚度较大，对材料的强度、韧性等有较高的要求，通常与底圈壁板材料相同。中幅板应力较小，因此可以用一般的Q235-A，厚度较薄，但也有一个最小公称厚度。在GB50341-2003中规定：当罐内径Dl0m时中幅板厚度不得小于6mm。油罐地基中心沉降量较大，因此大型油罐罐底通常采用中心高四周低的正圆锥形结构，即先给定一个预沉降量，保证在油罐的使用寿命内罐中心始终高于罐四周，不会造成死油现象。施工时，对一般地基而言，其罐底坡度为15；对软弱地基，其罐底坡度可以适当提高，但是不得大于35。基础沉降基本稳定后，锥面坡度86。大型原油储罐通常采用外浮顶方式，即油罐的浮顶直接放于油面上，随油品收发而上下浮动，在浮顶与罐内壁之间的环形空间有随着浮顶上下的密封装置。这类罐几乎全部消灭了气体空间，从而大大地减少了油品的蒸发损耗。浮顶罐有双盘或单盘两种结构。一般来说，北方要考虑雪载荷，要求有较高的刚度，多采用双盘结构；而广东等南方沿海地区雪载较小，可采用单盘结构。与双盘式浮顶相比，单盘式浮顶省材料，但容易腐蚀，维护费用较高7。2.2 10万立方浮顶储罐施工简介2.2.1 概述10万立方储油罐为双盘外浮顶结构，主要组成部分为罐底、罐壁、双盘外浮顶及附件。参数：设计容量100000m3，内径80000mm，高度为21800mm，储存介质为原油，设计压力为常压。罐底中幅板材质为Q235-B，板厚12mm，罐底边缘板材质为12MnNiVR，板厚20mm。罐壁共计9圈，每圈由20张钢板对接组成，顶部3圈材质为16MnR，其余6圈材质为12MnNiVR，板厚由上至下依次为12mm、12mm、12mm、12mm、14mm、18.5mm、21.5mm、28mm、32mm；罐壁总重781t。浮顶为双盘结构，由上盘板、下盘板、环形船舱和桁架所组成，板材材质为Q235-B，板厚5mm，浮顶总重493t。图2.1 大型储罐总体结构2.2.2 施工方法国内外大型储罐的施工方法主要有：正装法、倒装法。正装法和倒装法的不同之处仅在于罐壁的施工，顾名思义，正装是由下到上，如同盖房子，倒装是由上到下。其中倒装法又分为水浮倒装法、抱杆倒装法、气顶倒装法、液压提升倒装法以及机械提升倒装法等。1水浮倒装法，是适用于大容量的浮船式金属储罐的施工，它是利用水的浮力和浮船罐顶结构的特点，给罐体组装提供方便；2顺装法，顺装法与倒装法相反，自下而上一层层的拼装；3液压顶升法（机械倒装法），是倒装法的一种形式；4抱杆倒装法，同正装法相反，从上到下进行安装；机械正装法，将罐壁预先制成的整幅钢板沿罐体设计的圆弧线展开，一边展开，一边焊接；5充气升顶是罐壁倒装法的另一种形式，它是利用鼓风机向罐内送入压缩风所产生的浮力使上部罐体，罐壁有多层板组装而成，组装顺序与液压倒装顶升法相同8。常规施工10万立方罐采用正装法进行，原理为：罐底施工完成后，施工最下面一层罐壁（第一圈，罐壁按从下至上顺序依次为第一圈、第二圈、第八圈、第九圈），先整圈罐壁组对焊接后成为一个筒体，然后与罐底板组焊大角焊缝，之后在第一圈上安装第二圈壁板，如同砌砖墙，逐层向上施工，直至最顶层。图2.2 正装法施工图片倒装法的主要优点是减少了高空作业的工作量，从而节约脚手架材料，减少了高空作业,也使工作效率提高，但各种倒装法也各有优缺点。（1）水浮倒装法一般适用于外浮顶罐，此法是最早施工方法，目前很少采用；（2）机械提升倒装法一般采用手拉葫芦提升，体积在1000方左右的油罐也有采用立中心柱用卷扬机提升的，因受提升重量和手工操作不均匀性的限制，一般仅适用于5000方以下的储罐施工；（3）气顶倒装法施工机械简单，相对来说施工费用较低，但由于受其风机的风压限制，一般 5000方以下的储罐的施工，不宜采用气顶倒装法。从理论上说，储罐体积越大，其单位面积分布的重量就越小，采用气顶倒装法施工应该越容易，但由于气顶时其顶升速度需要人工控制，各方向的偏差需要人工调节，储罐越大，需要参与调节的人手越多，互相的配合越困难，施工危险性越大，因此，20000方以上的储罐施工，也很少采用气顶倒装法；（4）液压提升倒装法介于几种施工方法之间，其特点一是适应范围广，理论上可适用于任意大小的储罐，二是操作控制简单、可靠、危险性小，因此已经越来越多的被采用，其主要缺点是目前成套设备价格较贵，设备购置一次性投入较大9。2.3 倒装法施工工艺储罐的施工方法通常主要有正装法和倒装法两种，对于容量大于20000立方的浮顶罐，国内一直局限于水浮法正装法和角手架正装法，中小容量的储罐采用倒装法。相对正装法施工中的大量高空作业，倒装法具有低空作业、操作方便、安全性高的优点。随着储罐向大型化发展，研发大型储罐的倒装施工工艺，已经成为一种必然趋势。倒装法是目前大型储罐安装施工的常用方法，其工艺及配套设备有很多种，但其中最先进、最可靠、最具生命力的当数倒装法液压提升技术。该技术是北京中建建筑科学技术研究院（原中建一局科研所）于1993年研制成功的，并于当年通过了中建总公司的技术鉴定，鉴定意见为：储罐步进液压提升装置为国内首创，大型储罐倒装法用液压提升装置及工艺具有国际先进水平。该技术1994年被列为建设部科技成果重点推广项目；1995年又列为国家级科技成果重点推广项目。通过多年的推广应用已形成了“大型储罐倒装法液压提升成套技术”、“横跨双楼通讯塔整体液压提升施工技术”等施工技术10。大型储罐倒装法（或钢桅杆、通讯塔和钢尖塔等）用液压提升施工成套技术是以千斤顶为主体，配以不同型号的液压泵站和液压管路系统等配件，组成大型储罐（或钢桅杆、通讯塔和钢尖塔等）液压提升施工成套设备，可适用于大型储罐（拱顶罐、浮顶罐和内浮顶罐、钢桅杆、通讯塔和钢尖塔等）的提升施工。2.3.1 液压提升原理及方法1液压提升原理利用液压提升装置（成套设备）均布于储罐内壁圆周处，先提升罐顶及罐体的上层（第一层）壁板，然后逐层组焊罐体的壁板。采用自锁式液压千斤顶和提升架、提升杆组成的液压提升机，当液压千斤顶进油时，通过其上卡头卡紧并举起提升杆和胀圈，从而带动罐体（包括罐顶）向上提升；当千斤顶回油时，其上卡头随活塞杆回程，此时其下卡头自动卡紧提升杆不会下滑，千斤顶如此反复运动使提升杆带着罐体不断上升，直到预定的高度（空出下一层板的高度）。当下一层壁板对接组焊后，打开液压千斤顶的上、下松卡装置，松开上下卡头将提升杆以及胀圈下降到下一层壁板下部胀紧、焊好传力筋板，再进行提升11。如此反复，使已组焊好的罐体上升，直到最后一层壁板组焊完成，从而将整个储罐安装完毕。液压控制系统拉杆杆液压缸图2.3 液压提升系统2液压提升方法在先期施工的罐底板上安装数个固定垫墩(400mm高，间距3-4米), 然后组装第一层壁板和顶盖板，沿罐内壁400mm处均布数台（根据计算确定）液压提升机，以提升机的滑动托架托住固定在罐内壁的胀圈下部，操纵液压提升机的控制柜，集中控制各液压机的动作,液压提升机提升胀圈时，同时也将罐体提升,升至下一圈壁板高度时,可进行一带壁板组装，然后落下扒杆、胀圈,再进行下一带提升组装,直到整个油罐倒装完毕12。2.4 有限元理论基础2.4.1 有限元法的基本思想 求解数学问题通常有布两种方法：解析-通过严格的数学推导求出精确解;数值法它是通过一定的算法，用计算机求近似解。在工程实际问题中，由于几何形状、材料特性和外部荷载的不规则性，使得边值问题的求解十分困难，除少数简单的问题以外，一般都只能用数值法求解，所以数值法己成为不可替代的广泛应用的方法，并得到不断的发展。 有限元法是利用计算机进行的一种数值近似计算分析方法，它是通过对连续问题进行有限数目的单元离散来近似真实情况，是分析复杂结构和复杂问题的一种强有力的分析工具。有限元法的基本思想分为两个方面:(1)离散将原来具有无限自由度的连续变量微分方程和边界条件转换为只包含有限个节点变量的代数方程，以利于计算机求解.(2)分片插值针对每一个单元选择插值函数，积分计算也是在单元内完成，由于单元形状简单，所以容易满足边界条件，可以得到收敛于实际的精确解13。2.4.2 有限元法的分析过程 (1)结构的离散化：将结构离散分割为有限个单元体来代替原来的结构。 (2)单元分析：单元分析的任务是形成单元刚度矩阵。选择位移模式：假定位移是坐标的某种简单函数，通常采用多项式。用结点位移表示单元内任意点位移，由变分原理，建立单元上结点力与结点位移间的关系，即得单元的刚度矩阵。 (3)集合所有单元的平衡方程，建立整个结构的平衡方程，集合结构整体刚度矩阵。 (4)载荷移置：即遵循能量等效原则，把各种外载转换为节点载荷。(5)约束处理。只有施加了足够的约束后才能求得惟一节点位移解。(6)求解线性方程组得节点位移，再解出单元应力。(7)整理并输出结果。(8)结果分析。2.4.3 有限元的优越性(1)能够分析形状复杂的结构。由于单元不限于均匀的规则网格，单元形状有一定任意性，单元大小可以不同，且单元边界可以是曲线或曲面，因此分析结构可以具有非常复杂的形状。(2)能够处理复杂的边界条件。(3)能够保证规定的工程精度。当单元尺寸减小或插值函数的阶次增加时，有限元解收敛于实际问题的精确解。(4)能够处理不同类型的材料。有限元法可用于各向同性、各向异性及复合材料等多种类型材料的分析。2.5 ANSYS软件 ANSYS软件是美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析(FEA)软件。该软件融结构、热、流体、电磁场、声场和祸合场分析于一体，经过30多年的发展，ANSYS逐渐为全球工业界广泛接受。ANSYS用户涵盖了机械、航空航天、能源、交通运输、土木建筑、水利、电子、地矿、生物医学、教学科研等众多领域，ANSYS是这些领域进行国际国内分析设计技术交流的主要分析平台。在国内，ANSYS分析软件第一个通过国家压力容器标准化委员会认证14。有鉴于此，本文采用ANSYS10.0版本对结构作了分析计算。2.5.1 ANSYS的功能可以用ANSYS完成的功能如下：(1)建立计算模型或者输入结构、产品、组件或系统的CAD模型；(2)应用施加载荷或者其它设计条件；(3)研究模型的物理响应，如应力水平、温度分布或者电磁场等；(4)对产品进行优化设计，以降低产品的费用；(5)做数值模拟实验。 ANSYS包括100多个单元，提供了对各种物理场量的分析功能，可以将其应用到如下学科:(1)结构分析(2)热分析(3)高度非线性瞬态动力分析(ANSYS / LS-DYNA )(4)流体静力学和动力学分析(FLOTRAN ) (5)电磁场分析(6)声学分析 (7)压电分析(8)多场祸合分析(9)设计灵敏度及优化分析 ANSYS的设计优化功能允许优化任何方面的设计变量和约束变量，如形状、应力、自然频率、重量、费用、温度、磁势、压力、速度或离散量等，可进行参数、形状、拓扑优化。2.5.2 ANSYS的特点 ANSYS的如下特点使得其在有限元分析软件中具有领先地位。(1)唯一能实现多场及多场祸合分析功能的软件。用户不但可用其进行诸如结构、热、流体流动、电磁等的单独研究，还可以进行这些类型的相互影响研究。例如：热-结构祸合，磁-结构祸合以及电-磁-流体-热祸合等。(2)唯一实现前后处理、求解及多场分析统一数据库的一体化大型FEA软件。(3)唯一具有多物理场优化功能的FEA软件。(4)具有强大的非线性分析功能。(5)多种求解器分别适用于不同问题及不同的硬件配置。(6)支持从微机、工作站到巨型机的所有硬件平台，以及所有平台之间的并行计算。(7)支持异种、异构平合的网格浮动、在异种、异构平台上用户界面统一、数据文件全部兼容。(8)多种自动网格划分技术。(9)可与大多数的CAD软件集成并有接口。应用ANSYS提供的数据接口，可精确地将在CAD系统下主成的几何数据传入ANSYS中，并对其分网求解。这样就不必因为在分析系统中重新建立模型浪费时间。(10)多层次多框架的产品系列。产品系列由一整套可扩展的、灵活集成的各模块组成，因而能满足各行业的工程需要。也因此，用户只需要购买自己需要的模块即可，从而节约费用15。2.5.3 ANSYS软件的结构软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型;分析计算模块包括结构分析(可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析)、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的藕合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力;后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示(可看到结构内部)等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。 1.前处理模块PREP7 这个模块主要有两部分内容：实体建模和网格划分 (1)实体建模ANSYS程序提供了两种实体建模方法：自顶向下与自底向上。自顶向下进行实体建模时，用户定义一个模型的最高级图元，如球、棱柱，称为基元，程序则自动定义相关的面、线及关键点。用户利用这些高级图元直接构造几何模型，如二维的圆和矩形以及三维的块、球、锥和柱。无论使用自顶向下还是自底向上方法建模，用户均能使用布尔运算来组合数据集，从而“雕塑出”一个实体模型。ANSYS程序提供了完整的布尔运算，诸如相加、相减、相交、分割、粘结和重叠。在创建复杂实体模型时，对线、面、体、基元的布尔操作能减少相当可观的建模工作量。ANSYS程序还提供了拖拉、延伸、旋转、移动和拷贝实体模型图元的功能。附加的功能还包括圆弧构造、切线构造、通过拖拉与旋转生成面和体、线与面的自动相交运算、自动倒角生成、用于网格划分的硬点的建立、移动、拷贝和删除。自底向上进行实体建模时，用户从最低级的图元向上构造模型，即：用户首先定义关键点，然后依次是相关的线、面、体。(2)网格划分ANSYS程序提供了使用便捷、高质量的对CAD模型进行网格划分的功能。包括四种网格划分方法：延伸划分、映像划分、自由划分和自适应划分。延伸网格划分可将一个二维网格延伸成一个三维网格。映像网格划分允许用户将几何模型分解成简单的几部分，然后选择合适的单元属性和网格控制，生成映像网格。ANSYS程序的自由网格划分器功能是十分强大的，可对复杂模型直接划分，避免了用户对各个部分分别划分然后进行组装时各部分网格不匹配带来的麻烦。自适应网格划分是在生成了具有边界条件的实体模型以后，用户指示程序自动地生成有限元网格，分析、估计网格的离散误差，然后重新定义网格大小，再次分析计算、估计网格的离散误差，直至误差低于用户定义的值或达到用户定义的求解次数。2.求解模块SOLUTION前处理阶段完成建模以后，用户可以在求解阶段获得分析结果。在该阶段，用户可以定义分析类型、分析选项、载荷数据和载荷步选项，然后开始有限元求解。ANSYS软件提供的分析类型包括:结构静力分析、结构动力学分析、结构非线性分析、热分析、电磁场分析、流体动力学分析、声场分析、压电分析以及多物理场的祸合分析。求解阶段是计算机在内部完成矩阵计算求计算结果的过程。一般用户不能干预这一过程，计算机程序会一直计算直到得出最终结果，并保存在数据库中。但是当结构模型有严重错误，例如有与整体结构分离的单元、节点时，计算机会提示相应的错误信息，并停止计算。用户可以根据提示对模型做出相应的修改。ANSYS的求解器提供了多种求解方法。用户可针对不同的结构类型，不同的模型规模及精度选择不同的方法或者多种方法的组合。3.后处理模块POST1和POST26ANSYS软件的后处理过程包括两个部分:通用后处理模块POST1和时间历程后处理模块POST26。通过友好的用户界面，可以很容易获得求解过程的计算结果并对其进行显示。这些结果可能包括位移、温度、应力、应变、速度及热流等，输出形式可以有图形显示和数据列表两种。(1)通用后处理模块POST1这个模块对前面的分析结果能以图形形式显示和输出。例如，计算结果(如应力)在模型上的变化情况可用等值线图表示，不同的等值线颜色，代表了不同的值(如应力值)。浓淡图则用不同的颜色代表不同的数值区(如应力范围)，清晰地反映了计算结果的区域分布情况。(2)时间历程响应后处理模块POST26这个模块用于检查在一个时间段或子步历程中的结果，如节点位移、应力或支座反力。这些结果能通过绘制曲线或列表查看。绘制一个或多个变量随频率或其它量变化的曲线，有助于形象化地表示分析结果。另外，POST26还可以进行曲线的代数运算。3 有限元分析3.1 建立模型国内外近几十年所做的有限元分析，储罐支撑片是储罐倒装过程中比较关键的受力部位，也是分析设计者普遍关注的应力集中区域，有限元法是解决这一区域应力分布的有效方法。但为了分析结果正确，必须建立正确的模型。对结构模型进行简化方法大致可分为以下几个方面： (1)结构类型简化 结构形状、载荷和约束条件的特点，结构类型可以分为空间问题、平面问题、板壳问题和杆件问题，其中平面问题的几何模型是二维模型，在平面上划分网格要容易得多，单元数量也少得多。因此，将空间问题作适当降维，使其按平面问题来处理可使分析过程大为简化。 (2)结构细节简化 结构细节是结构中尺寸相对很小的局部，如小的开口等。建立几何模型时可尽量忽略一些不必要的细节。在静力分析中，高应力区域中的细节结构会引起应力集中，这些细节不能忽略，而处于低应力区的细节一般可以忽略。 (3)变换结构的形式 常见的结构形式是带肋骨加强的平板结构，这类结构有时形状很复杂，建模费时且划分网格困难，因此在有限元分析时，通常将其结构形式作适当变换，使网格划分变得容易，划分出的单元更少。常用的结构变换方法是等刚度变换，即将肋骨刚度等效为与之相连的板的刚度。等刚变换有两种方式:一是不改变平板厚度，而增加板材料的弹性模量，二是保持板的材料特性不变，而增加板的厚度。 (4)局部结构 对有些结构进行分析时，若取整个结构建立模型，则会造成大量不必要的建模工作和计算量，因此可以只划取结构中受力最严重、应力和变形量最大的危险区域建立局部模型，同时也可以对关键部位进行详细的网格划分，从而达到提高计算精度的目的。 (5)利用结构对称性 当结构的形状、载荷、约束条件以及材料和物理特性具有某种对称性时，结构的应力和变形也呈相应的对称分布。分析这类结构时，可以只划取结构的若干分之一进行计算，划分边界就是对称面。 储罐第九圈（即最下面一圈）外径为80032mm，内径为80000mm；支撑片长宽高分别为25mm,15mm,40mm：材料为12MnNiVR。通过分析知道，储罐最后一圈的支撑片受力最大，因此为了更接近实际及建模方便，只对储罐最后一圈及支撑片进行建模。不同的分析类型需要不同的材料性能参数，假设储罐和支撑片皆在线弹性范围内工作，因此需要定义材料的弹性模量，泊松比。 为了研究简便，常把与问题无关或影响不大的次要因素忽略，仅保留主要因素，把问题抽象化，再进行分析研究。本文在建模过程中作如下几个基本假设。 (1)同质材料 组成支撑片各区域中的每个金属晶粒的力学性能并不完全相同，但在各区域包含了无数晶粒，而且它们是无规则的排列着，在宏观领域内，其力学性能是各晶粒力学性能的统计平均值，所以可认为各区域的性质相同，属于同质材料。 (2)各向同性 就金属单一晶粒而言，不同方向的力学性能是不同的，但支撑片晶粒极多且又杂乱无章地排列着，从而导致各方向的性能就接近相同了，所以说，本文中支撑片材料参数均为各向同性。 (3)不考虑残余应力的影响 支撑片所受应力本应该是外载荷所产生的应力和残余应力之和，但由于钢管冷加工和焊接的影响，残余应力在一定程度上得到释放，且残余应力分布十分复杂，本文主要研究焊接钢管的T型接点的应力分布，因此在有限元分析时不考虑残余应力的作用。 本文运用ANSYS有限元软件建立储罐支撑片模型，每一层罐壁有120个焊接支撑片，如图3.1所示图3.1 储罐支撑片模型图3.2支撑片放大图3.2 划分网格在用有限元对支撑片进行应力分析时，用实体单元建立模型，本文所关心的问题是支撑片的应力分布与最大应力的位置。本文选用Solid45单元，采用自由格划分的方法。Solid45单元是一个3维8节点固体结构单元，Solid45具有二次位移模式可以更好的模拟不规则的网（例如通过不同的CAD/CAM 系统建立的模型）。单元通过8个节点来定义,每个节点有3个沿着X、Y、Z方向平移的自由度。 Solid45可以具有任意的空间各向异性，单元支持塑性，超弹性, 蠕变，应力钢化，大变形和大应变能力.还可采用混合模式模拟几乎不可压缩弹塑性材料和完全不可压缩超弹性材料。有不同的输出选项可用。Solid45单元示意图如图3.4。由于储罐尺寸很大，对计算机配置要求较高。因此，截取模型中的五度进行网格划分，如图3.5、3.6，其上有一个支撑片。通过对此支撑片的受力分析，可知其他支撑片的应力分布状态。图3.3 Solid45单元示意图图3.4 支撑片网格划分放大图图3.5 带支撑片的储罐网格划分左视图3.3 施加约束与载荷本文主要研究储罐倒装提升过程中支撑片的应力分布情况，根据应力的分布，从而确定支撑片能否确保施工质量，对其进行分析计算。倒装法是利用液压机将最下面一层壁板提升，在这个过程中，支撑片需要承受已焊接好的壁板重量，每提升一层，支撑片所受的力相应增加。因此可以知道，当安装最后一层时，支撑片受力最大，即整个储罐的总重781吨。通过计算得知，每个支撑片受到的压强为169.87Mpa。3.4 结果分析本文运用ANSYS软件对施加了载荷后的模型进行分析，得到了模型的应力彩色云图以及从各个坐标轴上看的应力云图，从而可以得出构件上各位置的应力分布、构件的最大应力位置，从而可以确定构件的危险部位。对构件的危险部位进行特别监控与采取其他措施构件能够安全运行。图3.6、图3.7、图3.8、图3.9、图3.10分别为支撑片模型的应力云图、支撑片放大图、X方向应力云图、Y方向应力云图、Z方向应力云图。红色部分