地震载荷下氨球罐的瞬态动力学响应分析

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1、20O9年第1期李准，等：地震载荷下氨球罐的瞬态动力学响应分析^㈣∞。}科学试验l≮。c。。0∞。c口。0。。c》*地震载荷下氨球罐的瞬态动力学响应分析李准。葛宜文。。尹侠(1．南京工业大学，江苏南京2100092．连云港碱厂。江苏连云港222042)摘要：通过有限元分析软件ANSYS8．0对1000ITl。球罐在地震波作用6．0S工况下进行瞬态动力学响应分析，并自动记录6O个载荷步下的结果。由结果发现，在整个时间历程中，球罐上下两顶点的位移最大，并且两者位移基本相同；球罐在地震作用0．2S时具有最大动应力。通过对0．2S时的球罐进行应力分

2、析评定可以发现。球罐在地震作用0．2s时满足结构强度要求。因此球罐在整个地震过程中始终处于安全运行状态，不需对其另行补强。关键词：氨球罐；地震；应力分析；有限元中图分类号：TB12；TQ114．161文献标识码：A文章编号：1005—8370(2009)01—13一O4在氨碱法纯碱制造工业中，氨是作为生产纯碱响应分析，通过随时间变化的载荷作用找出整个过循环使用的辅助介质。目前，我国纯碱行业每吨纯程中最大位移变形情况及最大应力点的位置和相应碱的生产平均需要消耗氨的量约为3．0～4．0kg，时间，分析最大应力所对应时间点上，球罐内部应力因此，为

3、了稳定生产，多数大规模的纯碱生产企业采是否满足结构强度要求。。]，是否能保持在瞬态地用了压力球罐对氨进行一定量的存储。氨的分子式震载荷作用下正常、安全运行。为NH。，分子量为l7．03，密度为0．77l4g／L(标准状态)，临界温度132．4℃，临界压力l1．2MPa。氨1有限元分析模型具有强烈的刺激性，无色，极易溶于水；其在空气中的爆炸范围为15．5～28，自燃温度651℃，安1．1设计参数(见表1、表2)全浓度为100ppm，中毒浓度为0．2mg／L，根据表1球罐的设计结构参数GB13690-1992的分类说明氨属于危险化学品。地震是个

4、瞬态过程，球罐由于地震作用，其内部原有的应力平衡遭到破坏，并根据地震载荷的大小和方向重新进行应力的分布，其应力分布情况及最大应力的位置直接影响到球罐工作状态下的稳定项目材料弹量许用应力泊松比材料密度性。为提高应对危险化学品突发事件的应急救援速3MP．akgm度和科学指挥，预防和控制次生灾害的发生，保障人的生命安全，最大限度地减少财产损失，环境破坏和社会影响，促进安全生产。因此有必要对地震的瞬态作用过程进行响应分析[1]，依此为球罐在地震作用下解决其失效问题提供一定的依据。为确保地震工况下能安全运行，本文对储存罐区的】000in。球罐在地震作

5、用下进行瞬态动力学纯碱工业1．2有限元模型与网格划分考虑拉杆在受地震载荷时对其他结构的影响，2计算及结果建立球罐整体模型。模型中除拉杆采用只受拉应力的杆单元LinklO以外，其余实体采用8节点Sol—2．1球罐最大位移点动应力分析ide45建模；由于模型中不同部位应力梯度的差异，本计算过程中，计算6O个载荷步，每个载荷步为了较好的控制网格密度，将球体划分3部分，中间时间间隔为0．1S，因此计算机自动保存了6O个载球壳由于与盖板和支柱连接，因此网格控制应稍密。荷步的计算结果。地震载荷过程中，球罐上下2个生成节点66234，支柱六面体单元数为7

6、500，四面顶点具有位移极值，根据2个节点在整个时间历程体单元为190045，直接生成的拉杆linklO单元为中位移和应力变化情况，找到振动最大的时间点，依2O。该球罐的三维模型图和网格划分图见图1、2。此判断此时球罐的应力是否满足强度要求。图3、图4、图5分别为60个载荷步下最高和最低点位移一及动应力随时一间变一化图。i兰L罩_I￡线紫纠，I《>2l1一≯2}。，；20图3球罐最高点位移及动力随时间变化图监现／＼紫线^＼图2网格划分图红线1．3载荷和约束模型中考虑自重、液柱静压以及地震载荷。自重的施加只需在材料参数中设置密度，然后在模型重

7、心图4球罐最低点位移及动力随时间变化图施加重力加速度9．8m／s。；球壳中装有存储介质，因此不同垂直高度上的面载荷是不一样的，可以用公式编辑器定义：—1．O+9．8(-6)×(6250一{Z))。i地震载荷的施加参照宁河天津波地震记录l-4]。蓝绌／取其垂直方向和南北方向，记录时间为6．0S，从记l，录值中每隔0．1S取1个值，一共6O个时间间隔，＼并将水平和垂直方向的2组地震载荷以2个txt的格式保存，通过命令流的方式读入软件。模型中在支柱的底部施加全位移约束，即在支柱底部：。。。TI△X一△Y一△Z一0图5球罐最高点和低点应力随时间变化

8、图2009年第l期李准，等：地震载荷下氨球罐的瞬态动力学响应分析从图3、图4可以发现，球罐最高点和最低点位移随时间的变化正好相反，这是因为模型中坐标轴位移球罐的中心，而不是在最下