大型浮頂油罐充液后應(yīng)力分布的研究

大型浮頂油罐充液后應(yīng)力分布的研究

0浮頂油罐d近幾十年來，儲蓄型快速發(fā)展。1962年美國首先建成10×104m3大型浮頂油罐(d=87m,h=21m);1967年委內(nèi)瑞拉建成了15×104m3浮頂油罐(d=115m,h=14.6m);1976年,日本建成了16×104m3浮頂油罐(d=109m,h=17.8m);接著沙特阿拉伯建成20×104m3巨型浮頂油罐(d=110m,h=22.5m)。1985年中國從日本引進(jìn)第一臺10×104m3浮頂油罐,到目前已建成10×104m3浮頂油罐(d=80m,h=21.8m)幾百臺,15×104m3浮頂油罐5臺。儲罐大型化后,儲罐壁厚相應(yīng)增加,這就要求了解分析儲罐充液后罐壁各處的應(yīng)力分布情況,通過研究計算確定合理的罐壁厚度。1罐壁應(yīng)力的計算儲罐充液后,上部罐壁在內(nèi)壓作用下可以自由變形,但下部罐壁與罐底連接處,因受罐底約束,該處罐壁的徑向位移為零。儲罐充液后,罐壁與罐底的形狀大致如圖1所示。在罐壁板兩端存在附加的彎矩Mi、Mi-1和剪力Qi、Qi-1,彎矩與剪力可通過圓柱殼體的撓度方程(1)、xi=0、xi=hi處的邊界條件(2)和罐壁交界處的變形協(xié)調(diào)方程(3)求出。圓柱殼體的撓度方程:Wi=eβixi(C1cosβixi+C2sinβixi)+e?βixi[C3cosβixi+C4sin(βixi)]?9.8ρR2Eδi(hi?1?xi)(1)Wi=eβixi(C1cosβixi+C2sinβixi)+e-βixi[C3cosβixi+C4sin(βixi)]-9.8ρR2Eδi(hi-1-xi)(1)式中R——儲罐內(nèi)徑,mE——儲罐罐壁材料彈性模量,Paρ——儲液密度,kg/m3δi——第i圈罐壁厚度,mxi——從第i圈底邊量起的坐標(biāo)高度,mβi——βi=3(1?μ2)R2δ2i??????√4?m?1βi——βi=3(1-μ2)R2δi24?m-1μ——泊松比,μ=0.3Di——第i圈罐體彎曲剛度,Di=Eδ3i12(1?μ2)?N/mDi=Eδi312(1-μ2)?Ν/mWi——第i圈壁板的撓度,mhi、hi-1——第i圈及第i-1圈的液壓高度,mC1、C2、C3、C4——待定系數(shù)xi=0、xi=hi處的邊界條件?Di(d2Widx2i)xi=0=Mi?1?Di(d3Widx3i)xi=0=Qi?1?Di(d2Widx2i)xi=hi=Mi?Di(d3Widx3i)xi=hi=Qi???????????????????????(2)-Di(d2Widxi2)xi=0=Μi-1-Di(d3Widxi3)xi=0=Qi-1-Di(d2Widxi2)xi=hi=Μi-Di(d3Widxi3)xi=hi=Qi}(2)罐壁交界處的變形協(xié)調(diào)方程Wi|xi=hi=Wi+1|xi+1=0dWidxi∣∣xi=hi=dWi+1dxi+1∣∣xi+1=0}(3)Wi|xi=hi=Wi+1|xi+1=0dWidxi|xi=hi=dWi+1dxi+1|xi+1=0}(3)在求出交界處的彎矩Mi、Mi-1和剪力Qi、Qi-1后,即可求得罐壁內(nèi)、外側(cè)的環(huán)向應(yīng)力。其內(nèi)、外側(cè)的罐壁環(huán)向應(yīng)力公式σ內(nèi)=?EWiR?6μDiδ2i(d2Widx2i)=-EWiR-6μDiδi2(d2Widxi2)(4)σ外=?EWiR+6μDiδ2i(d2Widx2i)=-EWiR+6μDiδi2(d2Widxi2)(5)2變點法的計算2.1表1顯示了材料數(shù)據(jù)2.2表2顯示了浮式儲存的數(shù)據(jù)api650變點法3重力分析法的改進(jìn)3.1應(yīng)力分析軟件根據(jù)式(4)和式(5),采用Visualbasic6.0編制成應(yīng)力分析軟件。采用MATLAB6.5,將應(yīng)力分析軟件計算的結(jié)果繪制成圖2、圖3、圖4和圖5。3.2罐壁厚度值的調(diào)整圖2、圖3、圖4和圖5中的曲線是采用應(yīng)力分析法計算繪制的曲線,右側(cè)的兩垂直線段是材料的許用應(yīng)力值曲線。圖2所示的應(yīng)力分析曲線與許用應(yīng)力分析曲線比較吻合,罐壁厚度值不能再調(diào)整;圖3所示的曲線不是很合理,將第一圈壁厚由30mm調(diào)整為31mm,得到圖4所示的應(yīng)力曲線,較合理;圖5所示曲線中第一道橫縫處,應(yīng)力分析曲線基本與許用應(yīng)力曲線相交,但稍稍位于其左側(cè),可以不作調(diào)整。如果應(yīng)力分析曲線位于許用應(yīng)力曲線左側(cè),但距離較大,有必要減少罐壁厚度,這樣可以減少罐壁重量,降低成本。4罐壁厚度的確定⑴應(yīng)力分析法是一種比較合理的罐壁分析方法,可