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使用有限元分析评估储罐的高风速屈曲

张贴者 The 福斯克Team 在01.31.17

作者:结构服务高级机械工程师Karim Dhanji& Vibration

大直径薄壁钢罐通常用于燃料和油的存储,特别是在石油工业中。的 美国石油学会(API) 650标准是此类水箱设计的行业标准。直到最近,规范条款还是针对在高液位下运行的储罐的设计。重点是防止与壳屈服有关的失效模式。因此,现有的大多数储罐的外壳厚度都是可变的,并且罐的顶部附近越来越薄。但是,当这些水箱为空时,由于高风荷载,特别是在薄的上壳层上,它们很容易弯曲。以卡特里娜飓风和丽塔飓风为例,在此期间许多此类储罐因屈曲而损坏。为了考虑上壳层的结构稳定性,使用了加强环(通常称为风梁)来减小屈曲长度。

API-650标准使用经验设计方法来解决此问题,该方法可根据储罐的厚度,高度和设计风速对储罐进行加固。其他代码,例如最新的EN1993-1-6欧洲标准,通过验证设计应力来提供评估屈曲的分析关系。但是,这两个标准都受到批评,并可能提供矛盾的结果。

在最近的一个涉及核电厂储油罐的项目中,福斯克使用了API-650和有限元软件Abaqus&Associates,LLC(FAI)评估坦克。对于Abaqus分析,使用后掠六角元素创建了储罐模型,并定义了材料特性。接下来,将风载荷分布施加到罐的外部。储罐上的风荷载是不对称的,如下图1所示。确定载荷分布的一种方法是使用缩放模型并在各个位置测量压力(使用尺寸分析技术)。具有相似的高径比的储罐将具有相似的载荷分布。因此,进行了文献搜索,找到了合适的风荷载曲线并将其输入到Abaqus中。定义载荷后,将应用适当的边界条件并进行静态分析。

被分析的储罐没有风梁,因此对既定设计的储罐以及带有风梁的改进型储罐都进行了静态分析。如图2所示,应力和位移都得到了解决。利用有限元分析的结果以及API650中的经验方法,FAI能够向客户提出建议,以保护他们的燃料储罐免受在低液位下工作时会弯曲。

圆柱结构的典型环载荷分布

 

储存罐

话题: AHJ

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