大型储罐屈曲失效及修复的有限元模拟.pdf

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1、第七届全国压力容器设计学术交流会议交流论文选登(一)大型储罐屈曲失效及修复的有限元模拟苏文献，韩超(上海理工大学化工过程机械研究所，上海200093)摘要：结合工程中一个真实储罐吸瘪及修复的案例，利用ANSYS软件，首先采用非线性有限元法分析薄壁储罐由温差等原因引起的弹塑性屈曲，比较数值分析的结果与真实情况的异同；继而探讨储罐的修复问题，模拟用水静压法修复后的应力状态，检验其修复后是否能继续投入使用。关键词：储罐；吸瘪；修复；有限元分析中图分类号：TQ053．2；0241．82文献标识码：B文章编号：1001—4837(2011)01-0051—07doi：10．3969／j．iss

2、n．1001—4837．2011．O1．011FiniteElementSimulationofCollapseandRestorationofLarge——sizeStorageTankShellSUWen—xian，HANChao(InstituteofChemicalMachinery&ProcessEquipment，UniversityofShanghaiforScienceandTechnol-ogy，Shanghai200093，China)Abstract：Integratingwithapracticalstoragetank，adoptnonlinearfinit

3、eelementmethodtoanalyzethee—lastic——plasticbucklingofathinwallstoragetankshellinducedbytemperaturediferenceorotherYea--sonsusedANSYS，thencomparedthenumericalanalysisresultwiththereality；subsequentlydiscustherestorationofthestoragetank，simulatingstressstateafterrepairedbyhydrostaticpressureandev

4、aluatingwhetherthetankcancontinuetoputintocommission．Keywords：storagetank；collapseorbuckling；repair；finiteelementanalysis不能恢复原状，即发生了屈曲或称为失稳。0引言在实际的工程操作中，多种原因可能引起储罐的失稳。如罐顶的呼吸阀、阻火器和通气管等储罐作为油品和各种液体化学品的储存设安全附件失效，导致罐内呼吸不畅或系统堵塞；外备，是石油化工装置和储运系统设施的重要组成界气温变化大，如下暴雨时气温骤降，热效应引起部分，应用十分广泛。由于储罐的大型化带来的的油罐吸气量非常

5、大⋯，实际能补进的空气量远稳定性问题是当前立式圆筒形储罐研究的重点问不能满足热效应引起的吸气量之需，从而使罐内题之一。常压储罐设计压力较低，壳体壁厚较薄，产生很大的负压导致抽瘪，违章操作，台风载荷持若罐内负压增大到某一值时，壳体会突然失去原续作用等]。出现的扁瘪变形一般都是以有规来的形状，被压扁或出现波纹，载荷卸去后，壳体则的波状形式向内凹瘪，波形数可以是2，3，4以·5l·大型储罐屈曲失效及修复的有限元模拟至多个，圆形截面的壳体变形后就可能成为扁椭表1结构尺寸圆形或梅花形等各种规则的形状。罐壁层次高度H／mm壁厚t／mm1180018对于复杂结构的屈曲分析，数值分析的方法l8001

6、6如有限元法被广泛应用。文中使用大型有限元软1800l4件ANSYS对文献[4]中发生吸瘪的3000m大型4，53600l2液碱储罐进行屈曲分析，发生屈曲后继续加载，出6180o1O现多处褶皱变形，继而考虑其修复问题，模拟其修7～8层半4l588复后的应力场，探究是否能继续正常使用。度，适合对薄得到具有一定厚度的壳体结构进行分析，适用于分析非线性的大变形。材料属性：弹1屈曲分析性模量E=2×10’MPa，泊松比=0．3，塑性行为选择多线性各向同性强化(MISO)选项，应用von1．1问题描述Mises屈服准则以及各向同性工作强化的假定。如文献[4]所述，1994年1月27日，某公司材

7、料本构模型见图2。组焊完毕的3000NI大型液碱储罐发生了吸瘪破坏。因现场施工经验不足，该空罐在所有管口封25O死即无任何呼吸口的情况下，当天昼夜温差变化较大(白天温度TIN=15℃，晚上最低温度Tmi=一2℃，AT=17℃)引起封闭筒体内气体的热胀冷缩，使管壁产生凹瘪变形，储罐整体变形后形状如图1所示。00o．065EPS图2材料本构模型模型及网格划分如图3所示，共7200个单元，7360个节点。由于简体两端可得到刚性构件如封头、加强圈、容器法兰等的加强