LNG储罐泄漏工况的模拟试验研究与有限元分析

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1、LNG储罐泄漏工况的模拟试验研究与有限元分析ExperimentalStudiesandFiniteElementAnalysisonSimulatingtheLeakageofLNGTank学科专业：土木工程作者姓名：金建邦指导教师：谢剑教授天津大学建筑工程学院二〇一七年十二月摘要随着国内LNG储罐项目的大量落地，LNG泄漏对储罐结构产生的安全风险不可忽视。目前国内外学者对于泄漏工况的研究多以有限元分析为主，试验研究很少。为充分了解超低温冲击下储罐结构的温度分布和变形并为有限元提供指导，本文对混凝土和钢结构LNG

2、储罐泄漏工况进行模拟试验研究。同时，借助ABAQUS软件对上述试验进行相关的有限元模拟分析。本文的主要工作为：根据试验要求，自主研制了用于模拟泄漏的储液降温装置，设计了模拟泄漏试验研究的整套方案。实施了混凝土储罐模拟泄漏试验，对不同冻融循环次数、有无钢内衬构造及不同泄漏孔径下试件的温度分布、应变和位移进行测量和对比分析。实施了钢结构储罐模拟泄漏试验，对不同二次底板长度、内壁板高度及热角保护板厚度等参数下，试件各板件交界处的温度、应变，二次底板、顶板的水平位移进行测量和对比分析。另外，建立了相应的有限元模型对试验进行

3、模拟，并对有限元的结果与试验进行对比分析。通过以上试验和有限元分析，得到以下结论：三次冻融循环对于混凝土导热性质的影响较小。泄漏时无钢内衬试件内部的降温速度相比有钢内衬试件更快，变形更大，根本原因是两者的边界条件不同。泄漏孔径越大，混凝土内部温度变化量和变形均更大，且冷源边缘处受拉越大。泄漏后钢结构试件二次底板的温度迅速降低至恒定值，二次底板的最终水平位移与其长度成正比。顶板的位移包含平动、收缩和弯曲，与二次底板的长度和内壁板的高度有关。热角保护结构的二次底板长度越长，内壁板高度越高，对于外罐壁的影响越大。对LNG

4、储罐泄漏工况进行有限元分析时，建议考虑材料参数在低温下的变化，并在建模时考虑钢内衬构造，冷源与混凝土接触采用第三类边界条件，混凝土与钢内衬之间采用热接触条件。变形分析时建议考虑保温材料对壁板变形的阻碍作用。关键词：LNG储罐泄漏热接触热角保护有限元分析IABSTRACTWiththeconstructionofLNGstoragetank,thesecurityrisksoftankstructurecausedbyLNGleakagecannotbeignored.Mostpreviousstudiesfocus

5、onfiniteelementanalysis(FEA),ratherthanexperiment.InordertofullyinvestigatethetemperatureanddeformationofLNGtankafterleakageandtoprovideguidanceforFEA,thispaperperformedexperimentalstudiesonconcreteandsteelspecimenundercryogenictemperature.Inaddition,thecorres

6、pondingfiniteelementanalysiswascarriedoutwiththehelpofABAQUS.Themainworkcontentsareasfollows:Accordingtothetestrequirements,storageandcoolingdeviceweredesignedtosimulatetheleakge.Asimulationleakagetestresearchofacompletesetofsolutionswasestablished.Concretetes

7、twasperformed,focusingonthevariable—freezingandthawingcycle,steellinersandleakagearea.Theinternaltemperaturefield,strainanddisplacementwereanalyzedincomparison.Steeltestwasperformed,focusingonthevariable—platelength,heightandthicknessofspecimensize.Differentpa

8、rtofthethermalcornerprotectionwithtemperature,strainonedgeandtheplatedisplacementwereanalyzedincomparison.Inaddition,thecorrespondingfiniteelementmodelswereestablished.，andtheresul