PDF《第##卷第#期应》

收稿日期:2017-10-31 修回日期:2018-03-08 第一作者简介:杜坚,男,1960 年生,博士,西南石油大学机电工程学院,教授;

研究方向――为油气井工程装备的设计、制造及测控等教学与科研.

通讯作者:马帅,1992 年生,西南石油大学机电工程学院,研究生,E-mail:[email protected] 应用力学学报CHINESE JOURNAL OFAPPLIED MECHANICS 第##卷第#期2018 年##月Vol.## No.# Xxx.

2018 第#期 杜坚,等:一种谐波沉降下储罐应力分析方法 # 第#期 杜坚,等:一种谐波沉降下储罐应力分析方法 # 文章编号:2018) 一种谐波沉降下储罐应力分析方法 杜坚1马帅1兰洋2(1 西南石油大学机电工程学院

610500 成都;

2 西南石油大学石油与天然气工程学院

610500 成都) 摘要:目前,成品油储罐正在朝着大型化的方向发展,而大型化会带来更大的潜在危险.因此,需 要对成品油罐的安全性、强度进行详细深入的研究.本文以我国彭州油库

5 万方大型柴油内浮顶罐 为研究对象,运用有限元软件 ABAQUS 建立了储罐三维模型,研究了储罐在谐波沉降下的应力分布 情况,将实测沉降值利用 Fourier 分解得到谐波沉降函数,改变谐波次数,分析单次谐波对储罐罐 壁、罐底的影响,并对罐壁、罐底进行强度分析,通过分析得出谐波沉降下,储罐应力最大点主要 出现在罐壁顶部、 罐壁下部以及罐底大角焊缝内侧处, 找出各单次谐波沉降时储罐罐体的危险位置, 确定临界沉降幅值. 关键词:成品油;

内浮顶罐;

ABAQUS;

谐波沉降;

Fourier 分解 中图分类号:XX000 文献标识码:A

1 引言储罐发生事故后,不仅造成罐体自身的破坏, 也对周围的生态环境产生极大的影响,岩土工程师 一直关注大型钢储罐结构的不均匀沉降造成的储罐 破坏,试图从力学的角度来解释其变形和受力的机 理[1] .Malik Z 基于壳体的弯曲理论及一定的理论假 设,得出罐底不均匀沉降与罐顶径向位移间的关系, 但是由于倾斜平面通常较难定义 [2] ,该结论不适用. 目前内浮顶罐建模的研究中,约束条件与实际存在 差异,且在建模过程中未考虑抗风圈、变壁厚、中 幅板与外边缘板厚度差异等因素,对罐底与基础接 触模拟不准确,模拟结果与工程实际相差较大;

而 对于罐体在沉降下的响应研究中,仅分析了响应规 律[3] ` [5] . 本文在考虑了罐顶、罐壁变壁厚、罐底中幅板 与边缘板厚度差、抗风圈和混凝土环墙砂基础的因 素后,利用有限元软件 ABAQUS 建立全模型,分析 单次谐波沉降下储罐罐壁应力分布情况,注重结构 的承载力和变形[6] ,得出沉降波峰、波谷处沿罐壁高 度的应力分布情况,找出罐体的危险位置,确定临 界沉降幅值.

2 储罐有限元模型的建立 (1)储罐相关参数 储罐地基采用环墙式基础,主要由钢筋混凝土 环墙和砂土基础两部分组成,储罐为非锚固罐,自 由搁置在地基上.建立储罐模型时,储罐罐顶、壁板、底板采用壳单元,抗风圈、地基采用实体单元, 罐底-地基的相互作用通过接触单元面-面接触来模 拟[7] (在距离罐壁顶部下 1m 处设抗风圈) . 表1为储罐相关参数. 表1储罐相关参数 Tab.

1 Related parameters of storage tank 储罐内经(storage tank internal channel)(m)

60 弹性模量(elasticity modulus)(Pa) 2.06*

1011 罐高(tank height)(m) 19.8 泊松比(poisson ratio) 0.273 满载高度(full load height)(m) 17.8 钢材密度(steel density)(kg/m3)