基于有限元分析的4000m_3球罐优化设计

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1、中图分类号：TE972单位代码：11414学号：2013213510题目基于有限元分析的4000m³球罐优化设计专业或领域动力工程研究方向化工过程装备专业硕士生刘学松指导教师魏耀东教授现场导师宋鹏高级工程师入学时间：2013年9月论文完成时间：2016年5月硕士专业学位论文独创性声明郑重声明：本硕士专业学位论文是作者个人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他个人和集体已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得中国石油大学或者其它单位的学位或证书所使用过的材料。对本研究做出贡献的个人和

2、集体，均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。作者和导师完全意识到本声明产生的法律后果并承担相应责任。作者签名：日期：导师签名：日期：硕士专业学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解中国石油大学（北京）学位论文版权使用的有关规定，使用方式包括但不限于：学校有权保留并向有关部门和机构送交学位论文的复印件和电子版；允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文；可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索。本学位论文属于保密范围，保密期限0年，解密后适

3、用本授权书。本学位论文作者如需公开出版学位论文的部分或全部内容，必须征得导师书面同意，且须以中国石油大学（北京）为第一署名单位。作者签名：日期：导师签名：日期：-I-摘要摘要球形压力容器（以下简称球罐）相比于其他压力容器具有占地面积小、重量轻以及由于其结构的特殊性具有较好的受力情况和承压能力，并且球罐的组装是在现场进行的，可以把球罐分片运到现场进行组装故球罐运输方便。球罐的应用越来越广泛，在石油化工、核工业、城市燃气、冶金等领域被用来储存气体和液化气体。在我国经济飞速发展的同时工业设计制造技术也取得了前所未有的进步，球罐的设计与加工制造水平

4、也得到了长足的进步，通过对国外设计球罐的技术分析与吸收，我国对很多高参数以及大型化球罐进行了国产化，使我国在球罐的设计领域得到了前所未有的进步。但是，我们仍然跟发达国家的先进技术水平还有一定差距，虽然在一些球罐的设计以及制造上摆脱了国外技术的限制，但在球罐的钢材还基本靠进口，尤其是大型球罐的钢材全部需要进口国外钢材。为了满足我国工业化进程，满足各个行业对球罐的需求，我国急需球罐的设计建造技术以及球罐专用钢材的生产技术。在对球罐进行应力分析时，大多都采用有限元技术来进行，由于球罐的设计计算以及加工制造比较复杂，所以在对球罐在操作工况、风载荷、

5、地震载荷、液压试验工况下进行分析计算时，对球罐的建模以及网格划分提出了严苛的要求。本文所进行的4000m³液化石油气球罐的优化设计主要进行了下面的工作：首先本文对球罐的结构与应用进行了阐述，又阐述了国内外球罐设计以及制造技术的研究现状，发现了球罐在我国起步较晚，我国急需球罐的设计建造技术。并对4000m³球罐对支柱壁厚、连接板厚度、上支柱高度选取不同的参数进行分析计算，求得了支柱壁厚、连接板厚度以及上支柱高度的最优值，最终确定了支柱优化设计的参数和方案。其次本文对4000m³球罐采用ANSYS进行了应力分析，并分别对此球罐在操作工况、地震载

6、荷、风载荷以及液压试验工况下进行了有限元分析以及应力评定，以及对大开口部位（人孔）进行了应力评定。关键词：球形储罐，有限元，优化设计，应力分析，支柱-II-ABSTRACTOptimaldesignof4000m³sphericaltankbasedonfiniteelementanalysisABSTRACTThesphericalpressurevessel(hereinafterreferredtoassphericaltank)boaststheadvantagesoflessfloorspace,lightweightandhig

7、hstressandpressurebearingcapabilityduetoitsspecialstructure,furthermore,itisconvinientfortransportationbytransportingitscomponentstodestinationassphericaltankcouldbeinstalledonsite.Theapplicationofsphericaltanksisbecomingincreasingpopularsuchasforstorageofgasandliquidgasin

8、thefieldofpetro-chemistry,nuclearindustry,urbangasandmetallurgy.ThankstothedevelopmentofC