基于有限元的大型储罐罐壁优化设计

合集下载

大型固定式储油罐壁板静载荷下的有限元分析

大型固定式储油罐壁板静载荷下的有限元分析摘要：本文采用三维有限元法，使用ANSYS软件对某20000m3的固定式储油罐壁板在静载荷下的合应力及合位移进行了分析和模拟，对壁板应力与位移成因进行了简要分析，指出了储罐罐壁可能存在问题的重点部位，为设计、施工提供了参考。

关键词：大型储油罐、有限元方法、静载荷、应力分析引言目前大型储油罐罐壁大多采用多层不等厚壁板，在施工过程中容易发生应力集中和尺寸变形。

采用常规计算方式对其进行应力分析与强度校核，很难快速直观的得出结论。

特别是在施工及检验监理现场，对于油罐存在的应力和变形，大多数施工人员都只是简单的采用在经验公式或者简单的手工计算：不仅缺乏详细的有效数据，更谈不上进行快速的模拟与分析。

针对此类大型薄壳结构，国际上已经广泛的采用有限元法进行计算机辅助分析，本文所采用的ANSYS有限元分析软件，是一款已在工程领域大量应用的成熟软件。

1.1 油罐尺寸：罐底板外径Φ40000mm；罐内径39700mm；罐壁高度17452mm 罐顶高度23235.5mm罐壁板采用不等厚焊接：底圈6300×2000×182圈6300×2000×163圈6300×2000×144圈6300×2000×125圈6300×2000×106.7圈6300×2000×88.9圈6300×1800×8 材料16MnR焊条型号J5072.1油罐有限元模型将该油罐视为不等厚薄壳结构进行分析，考虑到油罐整体结构和载荷对称性，本文选取半个罐体进行分析，确保在不影响分析结果的前提下，减少运算量，提高分析效率，便于观察罐内及罐壁的分析结果。

罐体静载荷分析的有限元模型为：罐体及罐顶按照图纸施工，采用实体单元，总单元数为101296个，总节点数为178450个；设定分析条件时取无风、雪载荷载荷的理想条件；未考虑法兰、螺栓及焊缝等影响，未对爬梯、平台等辅助设备建模，罐壁与罐底T 形接头角焊缝视为固定约束（该处应力与变形本文未做分析）。

基于有限元分析的金属压力容器设计优化研究

管理及其他M anagement and other 基于有限元分析的金属压力容器设计优化研究黄赞平，江运豹摘要：随着现代工业的发展，金属压力容器作为一种重要的储能设备，得到了广泛的应用。

然而，在实际生产中，由于各种因素的影响，如材料性能、制造工艺等因素，导致了金属压力容器的设计和制造存在一定的问题。

因此，如何对金属压力容器进行有效的设计优化成为了当前亟待解决的问题之一。

本文旨在通过有限元分析方法来探究金属压力容器设计的优化方案，为其在实际应用中的可靠性和安全性作出贡献。

关键词：有限元；金属压力；容器设计；优化在当前的研究中，金属压力容器作为一种重要的储能设备，得到了广泛的应用。

在国内外，许多学者和企业都对该领域的发展进行了深入的研究和探索。

目前，国内对于金属压力容器的设计和制造已经取得了一定的进展，但是仍然存在一些问题需要进一步解决。

1 基于有限元分析的金属压力容器设计优化分析1.1 金属压力容器的设计原则金属压力容器是一种重要的储能设备，其在能源储存和输送领域具有广泛的应用。

为了保证金属压力容器的质量和性能，需要遵循一定的设计原则。

首先，金属压力容器的设计应符合安全标准的要求。

金属压力容器是高压气体或液体存储器，因此，要确保其安全性能可靠。

为此，设计师应该严格遵守相关国家地区颁布的标准和规范，并进行充分的风险评估和控制措施。

其次，金属压力容器的设计应考虑经济性。

由于金属压力容器通常用于大型工程项目中，其造价往往较高。

设计师应当尽可能降低成本，提高效率，以达到最佳的经济效益。

金属压力容器的设计还应注意环保性和可持续发展。

现代社会越来越重视环境保护问题，金属压力容器的设计也应该考虑到环境因素的影响。

例如，选择合适的材料、减少废弃物排放量等都是实现可持续发展的重要手段。

最后，金属压力容器的设计还需要满足实际需求。

不同的应用场景下对金属压力容器的需求不同，因此设计师需要根据实际情况制定相应的设计方案。

大型LNG储罐外罐不等厚优化设计

监测次数
丑硼
竖
回《
加法迫降纠倾试验研究［Ｊ］．建筑科学，２００７，３（１１６）：４３．［８］宋或，朱彦鹏，张贵文，衡涛．湿陷性黄土地基刚度软化法迫
图７１号测ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ回倾测试曲线
降纠倾试验研究［Ｊ］．建筑科学，２００７，３（１１６）：４７— ５２．［９］ＪＧＪ１２３— ２０００，既有建筑地基基础加固技术规范［ｓ］．
法，对不同的优化设计方法进行了分析。
０● ００．Ｄａ● ０ｏ● ００ ●ｏｏ● ００ ●ｏ０◆ ｏｏ● ｏｏ● ００ ●０Ｏ ● ０Ｏ◆ ００㈣
采用ＡＤＩＮＡ有限元软件进行数值建模计算，罐壁选用
●０Ｏ●００● ｏ０● ｏ０ ●ｏ０● ００◆ ００．ｏａ● ００● ｏｏ ● ｏｏ● ｏｏ● ０Ｏ● ００● ００● ０ｏ ● ｏｏ● ００．ｏｃ◆００● ｏ０● ｏｏ ●０ｏ● ００● ０Ｏ ●００●ｏ０● ｏｏ● ００ ●ｏ０◆ ｏ０● ０
［４］宋或，张贵文，朱彦鹏．湿陷性黄土地基综合法迫降纠倾试验
研究［Ｊ］．土木工程学报，２００８，４１（６）：８７— ９２．
暑
［５］栗宜民．湿陷性黄土地基独立基础框架纠倾技术应用研究［Ｊ］．建筑科学，２００８，２４（５）：２Ｏ一２３．［６］张贵文，朱彦鹏，衡涛，罗维刚，宋或．湿陷性黄土地基应力解除法迫降纠倾试验研究［Ｊ］．建筑科学，２００７，３（Ｉｌ６）：３８ — ４３．［７］张贵文，朱彦鹏，曹辉，杨文侠，宋或．湿陷性黄土地基应力附

大型球罐有限元分析及优化设计

（ＯＬＤ５，下支柱采用三维梁单元Ｂａ。单元总数为３３９ＳＩ９）ｅｍ４４２，节点数为７７９】。０３ｌ＿Ｊ
图１大型球罐基本结构有限元模型
图２大型球罐１２（８）有限元模型／０１。
２００ｋ。② 风载荷。按照石化厂所处位置，这里取平均风速为７ｍ／，根据风洞实验可以将风激励简７００ｇ０ｓ
ｎｔ１（．．４ｉｗ × ０５× ＣＳ × ｃｓＯｏ０一ｓｎ）一２０ｉ５Ｐａ
１２（８）的模型（图２，在通过镜像复制得到１１（６）的模型，最后通过复制偏差得到整体／０１。见）／０３。的模型（６。进行网络划分和应力分析。球壳、支柱盖和上支柱采用三维２节点实体单元３０）０
③ 地震载荷。包括水平地震力和垂直地震力；地震波选取宁河天津波地震记录，取其垂直方向和南北方向的记录，记录时长２．１，时间间隔００ｓ４３ｓ．１，从记录值中每隔０ｉ．ｓ取一个值，一共２０个。④ 雪载４
有限元模型的建立
１）立体模型某石化厂大型球罐，球壳本体材料为１ＭｎＲ，内直径为１９０５Ｎｂ５０ｍｍ，名义厚度为５ｒｍ。上部Ｕ形支柱，顶部盖帽由厚度为１ｒｍ的１Ｍｎ２ａ０ａ６Ｒ钢板卷制而成，Ｕ形柱内部的水平和垂直

关于静载作用下大型储罐罐壁的合理设计

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１— ４８３７．２０１３．１２．００５
ＯｎｔｈｅＲｅａｓｏｎａｂｌｅＤｅｓｉｇｎｏｆＴａｎｋＷａｌｌｏｆＬａｒｇｅＳｔｏｒａｇｅＴａｎｋｕｎｄｅｒＳｔａｔｉｃＬｏａｄｓ
１０００２９，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｎｋｗａｌｌｉｓｔｈｅｍｏｓｔｉｍｐｏｒｔａｎｔｃｏｍｐｏｎｅｎｔｉｎａｌａｒｇｅｓｔｏｒａｇｅｔａｎｋ．Ｒｅａｓｏｎａｂｌｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｔａｎｋｗａｌｌｄｅｔｅｒｍｉｎｅｓｔｈｅｓａｆｅｔｙａｎｄｅｃｏｎｏｍｙｏｆｔｈｅｗｈｏｌｅｔａｎｋ．Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｕｎｔｉｅｒｓｈａｖｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｅｓｉｇｎｃｒｉｔｅｒｉａｓｆｏｒｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｌａｒｇｅｓｔｏｒａｇｅｔａｎｋｓ，ａｎｄａｓａｒｅｓｕｌｔ，ｇｉｖｉｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓ．Ｔｗｏｌａｒｇｅｓｔｏｒａｇｅｔａｎｋｓｗｉｔｈｔｈｅｃａｐａｃｉｔｙｏｆ１×１０ｍａｎｄ２×１０ｍ。ｕｎｄｅｒｔｈｅｓｔａｔｉｃｌｏａｄｓｗｅｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｄｅ —

基于有限元模拟铝质易拉罐的罐底结构优化_林明山

根据有限元模拟分析得知，在罐底内侧壁红色标示处的等效应力σe最大，此处应作为优化的关键点，找出影响耐压力的罐底结构参数，这些参数主要有基本尺寸 D1、D2，拱形高度H、球面SR及R1、R3。他们之间存在如下关系：材料越薄，应适当减少D1及D2尺寸以缩小球面面积有利于增强球面耐压力。结合罐底成形工艺，给出图3优化后用于0.280mm板材厚度的罐底结构（主要参数如表2所示）。
（漳州职业技术学院机械与自动化工程系，漳州 363000）
摘要：在易拉罐业，为降低成本，提高市场竞争力，减薄铝板材厚度始终是重要技术手段。运用有限
元方法，对材料厚度减薄至0.280mm时的罐底耐压力进行模拟，结果表明，该板材厚度生产出
的罐体耐压力有不稳定性。根据模拟找出影响罐底耐压力的关键结构参数，然后结合罐底成
第37卷第3期 2015-03(上) 【69】
处理后（200oC烘烤7分钟后）强度下降8%～10%[5]。因罐厂在制造罐体时，根据生产工艺需要罐体拉深后经三次常规烘烤处理，温度上限达到200oC。因此，材料减薄后应考虑常规烘烤处理对罐底部耐压力产生的影响。据此，罐体制造后材料实际的屈服强度Rm为 235Mpa～225Mpa，要确保罐体质量稳定性则Rm的指标取225Mpa为依据进行分析较为可靠。
根据图1参数进行三维造型，利用ALGOR有限元分析软件就材料厚度减薄至0.280mm的底部耐压强度进行模拟分析，找出影响罐底耐压力的关键结构参数，然后结合罐底成形工艺，优化设计出新的罐底结构。
本研究采用的铝合金板材规格与目前罐业使用的 3104H19一致，该材料是在原使用的3004H19基础上进行改进，其化学成分中除了增加硅和铁的比重外还增加了0.10% 的钛和0.05%的钒，以增加材料的强度和延伸率[3]，对材料减薄后的罐体成形有较好的工艺适应性。

15_10_4m_3超大型石油储罐结构优化分析

设　计　计　算　15×104m 3超大型石油储罐结构优化分析段媛媛1,刘义君2,王　飞1,陈志平1(11浙江大学化工机械研究所,浙江杭州　310027;21长沙力元新材料股份有限公司,湖南长沙　410000)摘　要:为了提高超大型石油储罐的安全性能,开展了15×104m3油罐的结构优化分析。

比较了罐体壁板和底板应力的几种计算方法,提出采用“组合圆柱壳法”计算壁板应力以及采用基于沉降量的有限元法计算底板应力;参照美国API 650和日本J IS B 8501设计规范制订了4种结构设计方案,计算得到各方案中壁板应力与底板应力大小,并进行相互比较。

分析结果表明,参照美国API 650标准设计并选用宽幅钢板的结构设计方案四理论计算应力最小,且应力评定合格。

关键词:超大型储油罐;结构优化;应力分析;有限元方法中图分类号:TE972102 文献标识码:A 文章编号:1001-4837(2006)12-0023-05Structural Optimization Analysis of 15×104m 3U ltra -largeOil Storage T ankDUAN Yuan -yuan 1,LIU Yi -jun 2,WANG Fei 1,CHEN Zhi -ping 1(11Institute of Chemical Process Machinery ,Zhejiang University ,Hangzhou 310027,China ;21Changsha Lyrun Materal C o 1,Ltd 1,Changsha 410000,China )Abstract :T o increase the safety and reliability of ultra -large oil storage tanks ,structural optimization analysis of 15×104m 3oil tanks was done 1C om paring several methods for stress calculation of tanks shell and bottom plate ,theory of combined cylindrical shells was proposed for calculating stress of tanks shell ,and finite ele 2ment analysis based on foundation settlement was proposed for stress calculation on the bottom plate 1F our dif 2ferent structural design proposals were made according to design criterions of API 650and J IS B 8501,in each proposals stress calculations were done and the results were com pared 1The consequences show that ,the fourth structural design proposal which not only refers to API 650but als o uses broad steel plates obtains the minimum stress ,and the assessment of stress is acceptable 1K ey w ords :ultra -large oil storage tank ;structural optimization ;stress analysis ;finite element analysis 油罐发展的趋势是大型化,大容量油罐具有节省钢材、减少占地面积、方便操作管理、减少油罐附件及管线长度和节省投资等优点[1]。

基于ANSYS储罐的建模研究

基于ANSYS储罐的建模研究摘要: 本文介绍了液固耦合的基本概念和储罐的有限单元类型，并利用大型有限元软件ANSYS建立了储罐液固耦合的有限元模型，为进一步开展储罐结构的静力和动力性能分析奠定基础。

关键词: 液固耦合储罐ANSYS 有限元模型Abstract：This paper introduces the basic concept of solid-liquid coupling and finite element type of tank, solid-liquid coupling finite element model of tank is established by finite element software ANSYS, and it lay the foundation for further developing the static and dynamic performance analysis of tank structure.Key Words: solid-liquid couplingtankANSYSfinite element model1.引言石油是工业的血液，在国民生产生活中有着举足轻重的作用[1]。

作为石油生产加工运输的重要设备储罐的抗震性能的好坏，就决定了石油工业的安全。

储罐是由管壁、底板和储液三部分组成，受力性能较复杂，大型有限元软件ANSYS 用于分析这种复杂结构的静力、动力、线性、非线性等响应特征时具有强大优势，可以很好地反映这种结构在各种复杂因素作用下的力学特征。

本文利用大型有限元软件ANSYS建立了储罐液固耦合的有限元模型，详细介绍了整个建模过程，为进一步开展储罐的静力和动力性能分析奠定基础。

2.液固耦合的基本概念流固耦合力学的研究对象是固体在流场作用下的各种行为以及固体变形或运动对流场的影响。

其重要特征是在于两相介质之间的相互作用，固体在流体动载荷作用下产生变形或运动，而固体的变形或运动反过来影响流场，从而改变流体载荷的分布和大小。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

１大型储罐罐壁计算
１０万立方米外浮顶储罐设计条件如限元；应力分析；变点法
ＯｐｉａｓｇｆｔｅＴａｈｌｏｒｅＯｉＴａｋｓｄｏｔｍｌＤｅｉｎｏｈｎｋＳｅｌｆＬａｇｌｎＢａｅｎＦＥＡ
ＺＨＡＯｅ一Ｘｕ ’ ＹＡＮＧｕＨａｎ
２１年３０１９卷第ｌ５期
广州化工
・５１７・
基于有限元的大型储罐罐壁优化设计
赵学锋，杨欢
（１广东寰球广业工程有限公司，广东广州５０５；２华南Ｘ－大学，广东广州５６０１６５Ｙ－１４）
，
（ａｇｏｇＨｕｎｉ１Ｇｕｎｄｎａｑｕ—ＧａｇｅＣｎｒｃｉｇ＆ＥｇｎｅｉｇＣ．ｔ．ｕｎｄｎａｇｈｕ５６５；ｕｎｙｏｔｔａｎｎｉｅｒｏ，Ｌｄ，ＧａｇｏｇＧｕｎｚｏ５ｎ１０
２ＳｕｈＣｉａＵｉｅｓｙｏｅｈｏｏｙＧａｇｏｇＧａｇｈｕ５４Ｃｉａｏｔｈｎｎｖｒｉｆｃｎｌ，ｕｎｄｎｕｎｚｏ６０，ｈｎ）ｔＴｇ１０
Ａｂｓｒｃｔａｔ：Ｆｉｉｌｍｅｔａａｙｉｓｐｒｏｍｅｎａｔｎｅｉｎｄｗｉｈｅ１一ｆｏｔｏｎｄｖｒａｌｎｔｅｅｎｎｌｓｓｗａｅｒｄｏａｋｄｓｇｅｔｔｅｆｈｏｔｍｅｈｄａａｉｂｅ— ｄｓｇ — ｅｉｎ
设计液位高度：９６；ｌ．２Ｉｎ储液密度：１．ｇＩ；９８６ｋ／ｎ
腐蚀裕量：罐底及１０ｍ以下罐壁为２ｍｍ，５０ｍ以０Ｉ５ｎｌ０ｍ上罐壁为ｌｍｍ；设计温度：０℃ ；８
设计压力：０ａ２５０Ｐ；基本风载荷：０ａ３０Ｐ。根据设计Ｔ况，虑介质的存储特性，底及底层罐壁钢材考罐的腐蚀较严重，此腐蚀裕量取值相对较大，时最大程度考虑因同储罐设计的经济性，储罐的最上面带钢板采用了强度相对在较小的低碳钢。另外，据以往设计经验，壁最大环向应力一根罐
摘要：应用有限元仿真分析软件，今大型储罐设计所普遍采用的“ 点法 ” 变点法 ” 对现定和“ 设计的储罐进行模型分析，比对
特定Ｔ况下两种设计方法下罐壁所受的应力分布，据各层钢带不同的应力情况，以有针对性的对各带罐壁厚度进行优化设计。根可
ｃｆｃｃｎｉｉｎｎｔｅｔｅｉｎｍｅｈｄｉｏｄｔｓｉｈｗｏｄｓｇｔｏｓ，ａｃｒｎｏｔｅｄｆｅｅｔｌｙｒｆｓｅｌｓｒｓｉａｉｎｉｏｃｏｄｉｇｔｈｉｒｎａｅｓｏｔｅｔｅｓｓｔｔｓ，ｔｅｄｓｇｆｔｅｔｎｆｕｏｈｅｉｏｈａｋｎｗａｌｔｉｋｅｓｃｎｂｐｉｚｄｐｒｉｅｔｌｈｃｎｓａｅｏｔｍｉｅｅｔｎｎｌｙ．Ｋｅｏｄｓ：ｌｒｅｔｎｙｗｒａｇａｋ；ＦＥＡ；ｓｒｓｎｌｓｓａａｌ —ｄｅｉｎ —ｐｏｎｔｏｔｅｓａａｙｉ；ｖｒｂｅｉｓｇｉｔｍｅｈｄ
随着我国经济的１发展，别是石油化ＴＴ业的发展以３益特及国家原油战略储备库项目的实施，型储罐设计建造在国内大的发展非常迅速。大型储罐具有钢材消耗小、占地面积少、油罐附件及管线长度优化、操作管理方便和投资经济等优点 … 。本文以本公司设计的某炼化项目中原油罐区一台１Ｏ万ｉｎ的大型外浮顶储罐为研究对象，别运用各国现今普遍采用的设计方分法 — — “ 点法 ” 和美国石油学会标准中的另一种设计方定法— — “ 点法 ” 设计计算储罐的壁厚和重量Ｊ并针对特定丁变来，况卜两种方法计算的罐壁厚度运用有限元软件进行仿真分析，分析大型储罐在储液自重和风载荷条件下的局部应力分布状况。
ｐｉｔｍｅｈｄｔｔｔｄｙＳｌｒｅｓｏａｅｔｎｓｗｅｅｗｉｅｙｕｅｏｎｔｏｈａｏａ ’ ａｇｔｒｇａｋｒｄｌｓｄ，ｃｍｐｒｄｗｉｈｔｅｔｎｌｔｅｓｄｓｒｂｔｏｎｄｒｓｅｏａｅｔｈａｋｗａｌｓｒｓｉｔｉｕｉｎｕｅｐ・