大型变截面圆柱罐壁和罐底的应力分析

为合理设计大型溶液罐壁,需要计及各圈变截面罐壁之间的约束弯矩与剪力的作用。为此,计算应力时,应该联合各圈罐壁及罐底,协同分析。1.变截面圆柱罐壁     

关于大型浮顶式油罐的设计问题

本文探讨用16Mn钢材和相当于建造5万米~3浮顶式油罐的工艺水平,从力学上解决10万、30万、50万米~3浮顶式油罐的设计问题。1.按薄膜应力状态设计5万米~3的浮顶式油罐,贮存液体的侧向压力主要是靠罐壁周向受力来承受的。周向应力σ_θ=pR/t,其中P为液压,R为罐半径,t为壁厚。由于p是沿 ...     

爆破开挖振动下既有大型储油罐的动力响应

针对既有大型储油罐近区基础爆破开挖中的安全问题,采用ANSYS/LS-DYNA的隐式-显式顺序求解方法,结合流固耦合算法,研究了爆破振动下大型储油罐的动力响应规律。分析了罐壁不同位置的质点振速,由于质点振速分布情况较为复杂,不宜用局部质点振速判断罐壁危险点;总结了罐壁上应力的分布规律,结果显示爆破振动对储油罐的影响主要集中在迎爆侧下部,且在罐壁迎爆侧高度为3 m左右的位置最易发生象足屈曲;分析了不同频率爆破振动作用下满载储罐罐壁的质点振速,结果表明在爆破振动主频范围内,载荷频率远大于储罐固有频率条件下,罐壁上质点振速随着爆破振动频率的降低呈减小趋势;建立了储油罐罐壁质点振速与罐内液面高度的关系,结果表明降低液面高度可以有效提高储油罐的爆破振动安全阈值,爆破施工中邻近储罐储液高度不宜高于10 m。     

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通过对拱顶储罐罐壁承受轴向载荷、初始几何缺陷及轴压失稳状况研究,指 出在固定顶罐设计、建造和运行各阶段都应进行罐壁轴压稳定性校核. 根据圆柱薄壳稳定性 理论和轴压失稳临界应力数值分析计算结果,提出固定顶罐罐壁轴压稳定性校核方法和数学 模型,并运用回归分析方法建立罐壁轴压失稳临界应力计算公式. 对几种常用规格的拱顶罐 有初始挠度缺陷罐壁轴压稳定性分析表明：随储罐容积和罐壁初始挠度增大,罐壁轴压稳定 性呈减弱趋势.     

浮顶式储油罐的爆炸冲击失效

通过模型实验与数值模拟结果对比,探讨了浮顶油罐在可燃蒸气云爆炸冲击作用下的变形过程和破坏机理。研究发现,罐体失稳破坏的主要原因与爆炸冲击波和油罐内液体的复合冲量作用有关,在爆炸冲击作用下浮顶油罐模型产生剧烈振动,迎爆面上部罐壁形成动应力集中现象,最终导致罐体失稳并产生内凹动力屈曲破坏。     

珠形爆炸容器水压试验应力测试及分析

设计压力12MPa的球形爆炸容器内径1m,壁厚2.5×10-2m,在3,6,9,12,15和0MPa的水压试验条件下,对其外表面具有代表性的20个测点进行了应力测试.并用三维ANSYS有限元编码对12和15MPa两种工况进行了应力分析,分析结果与测试结果基本吻合,这表明爆炸容器在整个试验压力范围是处于线弹性状态,容器的强度设计是合理的.     

爆炸膨胀环一维应力假定的分析与讨论

对爆炸膨胀环的运动过程和应力状态进行了理论分析,指出膨胀环在径向变形过程中其厚度减小 将引起内外壁的速度差,对膨胀环内外壁的速度差进行了分析。由于膨胀环内外壁速度差的存在必然造成复 杂应力状态,无法满足一维应力假定,由此推断出实验中利用外壁速度计算出的应力要略大于膨胀环内的平 均应力。利用LS-DYNA三维动力学有限元程序验证了理论分析结果,利用膨胀环外壁速度计算出的应力比 数值模拟给出的膨胀环内平均应力大1%左右。     

射孔管柱振动参数实测及其ALE数值仿真分析

射孔爆轰产生的强冲击波作用于射孔段管柱,常发生管柱塑性弯曲、震弯、震断等事故。为了得到射孔管柱振动的关键参数,阐明射孔爆轰冲击下管柱的动力响应规律,以油田常用7″×12.65mm P110套管和2 7/8″×7.82mm P110油管管柱组合为例,应用ANSYS软件的AUTODYN模块,建立了长度为11m的有限元瞬态模型。用EULER模型描述作为固壁边界的套管和射孔段管柱,用EULER-MULTIMATERIAL描述大变形射孔液和发生固液相变的射孔弹,模拟射孔液的剧烈运动以及射孔液与套管、管柱的流固耦合作用,从有限元分析结果中提取射孔液压力脉动和管柱振动的关键数据;自主研发射孔压力和管柱震动测试器,实测环空射孔液压力脉动、射孔管柱震动速度和加速度;将数值分析结果与实测结果进行对比,分析射孔段管柱的震动规律。研究表明,近封隔器管柱处应力值更大,验证了射孔管柱常在近封隔器处震弯、震断的原因推断。射孔液峰值压力实测结果和数值分析结果分别为174.8MPa和191.4MPa,二者相差9.5%。实测和数值分析轴向加速度沿上下两个方向的最大值分别为178.4m/s~2、169.5m/s~2和189.1m/s~2、155.2m/s~2,实测与有限元分析结果对应相差分别为6.0%和8.4%,说明应用Euler和EULER-MULTIMATERIAL耦合算法模拟射孔爆轰的计算满足精度要求,方法可行。本文数值方法的分析结果可以指导现场施工。     

气压对压力容器前壁超高速撞击损伤的影响

充气压力容器在超高速撞击下的典型损伤包括穿孔及其边缘的裂纹失稳破坏,会导致气体泄漏或爆炸,内压对容器前壁损伤的影响仍不明确。以不同内压的球形铝合金充气压力容器为研究对象,开展了球形铝合金弹丸超高速撞击实验和数值模拟计算,分析了内充气体压强对前壁穿孔形貌特征、穿孔直径、孔边环向应力等的影响规律和影响机理,讨论了气体冲击波的传播行为及影响前壁穿孔边缘裂纹失稳破坏的机制。结果表明:前壁穿孔边缘内翻边形貌与内压相关,内压越高,弯折程度越轻;穿孔直径与内充气体压强正相关,但气体对孔径的影响远小于容器壁厚及撞击速度的影响;穿孔边缘使裂纹失稳破坏的环向拉应力不仅受到后壁反射冲击波的影响,也与容器壁内应力波的传播有关,与内压成正比。     

钢板混凝土复合圆柱壳的计算

本文将钢板混凝土复合圆柱壳用于大型浮顶式油罐,探讨竖立的双层圆柱壳在液压、内外温差和混凝土收缩引起的应力分析问题.给出了计算公式和20万米~3油罐的一个算例,以显示这种复合结构的优点,供设计工作者参考.     

An effect of a horizontal buoyant jet on the temperature distribution inside a hot water storage tank

The hot water storage tank (for stratified thermal storage) with a heat pump draws a lot of attention nowadays due to its high performance. In Japan, reheating of the bath is commonly used, and as this mode, the jet injects horizontally at the middle of the tank, so the temperature distribution of the tank changes complexly with time. Hence a model is needed to simulate this phenomenon, precisely. Additionally, in the process of designing a hot water storage system, it is necessary to simulate temperature distribution quickly, since a test run itself is a time consuming process.In this study, visualization experiments were performed using tracer particles and thermo-sensitive liquid crystals. Experiments were also carried out to find the unsteady temperature distribution in a tank when the positively or negatively buoyant jet was injected horizontally in the middle of the tank whose size is limited and has an influence from the opposite wall.If the momentum effect of the buoyant jet is stronger than that of buoyancy, the buoyant jet impinge against the opposite wall of the tank, and a vortex was observed near the opposite wall. Empirical formulas were proposed to predict the height of the vortex “Z_b” under various conditions, such as the momentum and the buoyancy of the buoyant jet, and the Prandtl number of the tank water. Furthermore, the 3D-CFD was carried out to supplement the 3D behavior of the inner tank fluid.A one dimensional model, “uniformly distributed injection model”, for simulating temperature distribution was proposed. The performance of the model was verified by comparing the results with the unsteady temperature distribution obtained experimentally. The model was also compared with the measurements obtained using a commercially available hot water storage system. Both results showed good agreements. Hence adequacy of the model was clarified.     

灌注桩桩土相互作用试验及有限元模拟研究

以灌注桩桩土相互作用的原位试验为基础, 结合西安土层结构、性质; 采用有限单元法对黄土地区的砼灌注桩桩—土相互作用进行仿真模拟, 研究了桩土相互作用、荷载的传递规律、桩土相对位移与桩侧摩阻力的关系。通过桩载试验资料对比, 得出三维有限单元法的模拟结果与实测值相近, 该研究进一步揭示了桩土相互作用的实质, 为最优桩长的选取和单桩承载力的确定奠定了基础。     

带环形隔板的圆柱储箱内液体晃动阻尼分析

根据现有的阻尼理论，在线性势流的假设下，分别对带刚性和弹性隔板的圆柱形储液箱内液体晃动做了 有限元仿真计算. 计算结果与实验测定结果相比较发现，在晃动频率上符合得很好，但阻尼 比相差较大. 同时, 通过ALE有限元数值仿真，对储箱内无隔板和有隔板情况下的 黏性流体晃动做了比较，初步推定隔板对液体晃动的``滞阻'的一个重要表现形式为涡耗散.     

储罐用波纹管的几何非线性分析

根据现场实际,对储罐连接波纹管进行了几何非线性有限元分析。将波纹管视为旋转薄壳,基于Sanders小应变,中等转动薄壳理论,通过引入“伪载荷”而建立起一个形式简单,易于实施的迭代格式,并进行了数值求解。文末以50000m^3储罐－波纹管－管道系统为例,研究了波纹管危险点的等效应力随长度的变化规律,并由此给出一种波纹管安全运行长度的设计方法。     

胶层吸湿对单搭接接头影响的数值模拟

在建立胶桔剂吸涅本构模型的基础上,用弹塑性有限元法研究了聚丙烯酸酯胶层吸涅程度对单搭接接头上胶层中应力分布的影响.结果表明:随着胶层吸湿程度增加,单搭接接头上胶瘤处的峰值应力显著降低.对水分从搭接区两侧渗入胶层的总宽度变化时胶层中的应力分布作了研究,发现随渗入总宽度的增加,胶层中的等效应力Seqv峰值下降.因水分渗入后引起胶层溶胀,在胶瘤过渡到中间胶层的拐角处会产生严重变形,可能导致该处发生脱粘.     

甘肃引洮供水工程饱和黄土隧洞施工方法选择的工程地质研究

甘肃引洮供水一期工程总干渠13#、14#、15#隧洞围岩为al-lQ2饱和黄土,地下水位高于洞顶4³7m,饱和度一般在98%¹00%,水稳性很差。因此,该段隧洞施工方法的选择十分重要,从工程地质角度研究其工程特性,采用D rucker-Prager弹塑性模型、关联流动法则,模拟了传统钻爆法开挖时隧洞稳定性,计算表明,若采用钻爆法,由于围岩的岩性软弱,隧洞开挖后,在隧洞周围较大范围内存在应力降低区,隧洞位移十分迅速而且位移量非常大,洞顶下降发生塌方并引起地面沉降。从盾构法施工对地质条件的适应性分析,其施工风险相对较小,施工过程中可利用护盾很快封闭围岩,因此该段隧洞宜采用盾构法施工。     

地下水位上升下黄土斜坡稳定性分析

黄土高原一些地区,由于塬上引水灌溉使得地下水位不断抬升,造成黄土滑坡频繁发生。地下水位变化严重影响着黄土斜坡的稳定性。基于饱和-非饱和渗流理论和延伸的摩尔-库伦破坏准则,结合室内饱和和非饱和试验结果,针对泾阳南塬一典型黄土斜坡,考虑地下水位上升情况下,对其进行了瞬态饱和-非饱和渗流分析;然后将计算得到的瞬态孔隙水压力分布用于斜坡的极限平衡分析。结果表明:地下水位上升对暂态渗流场和斜坡稳定性有明显影响;考虑非饱和渗流和吸力强度的边坡稳定分析方法更加符合实际情况。     

Dynamic analysis of baffled fuel‐storage tanks using the ALE finite element method

This paper is concerned with the parametric investigation on the structural dynamic response of moving fuel‐storage tanks with baffles. Since the structural dynamic behaviour is strongly coupled with interior liquid motion, the design of a fuel‐storage tank securing the structural stability becomes the appropriate suppression of the flow motion, which is in turn related to the baffle design. In order to numerically investigate the parametric dynamic characteristics of moving tanks, we employ the arbitrary Lagrangian–Eulerian (ALE) finite element method that is widely being used to deal with the problems with free surface, moving boundary, large deformation and interface contact. Following the theoretical and numerical formulations of fluid‐structure interaction problems, we present parametric numerical results of a cylindrical fuel‐storage tank moving with uniform vertical acceleration, with respect to the baffle number and location, and the inner‐hole diameter. Copyright © 2003 John Wiley & Sons, Ltd.