双层网架支柱球罐支撑结构力学特性分析研究

摘要

球罐是化工单元设备，主要用于储存气体、液体或固体等化工物料的压力容器。由于其物料多为易燃、易爆和有毒介质，一旦发生事故往往会引起灾难性后果。另外，球罐在地震、风力、压力波动等引起交变载荷的共同作用下也常常发生倾斜、倒塌、开裂等损坏的现象，由此带来的直接和间接损失通常也是巨大的。
　　大型球罐整体结构规则，局部结构不连续，受力情况比较复杂，同时球罐承受多种应力引起的交变载荷，所以运用分析设计方法对其进行分析、设计及校核，就成为唯一可行并被普遍认同的方法。此种设计方法工作量庞大、设计周期长、对设计人员素质要求高。目前国、内外进行球罐分析设计时多采用有限单元法。
　　本课题围绕某压力容器公司开发的双层网架支柱球罐展开分析研究。建立此球罐的实体结构模型和有限元模型。由于此球罐形状的特殊性，需要研究合适的有限元网格划分方法，从而获得高质量的六面体网格模型。对球罐加载自身重力、物料压力、风力、积雪、地震等载荷，分别利用ANSYS静力分析与动态分析，计算这些载荷作用时球罐支柱、拉杆与球壳各部位所引起的应力分布与位移变形情况;并且对相同结构、相同尺寸的单层支柱球罐进行相同载荷的加载，计算出各结构部位的应力分布与位移变形情况。将以上两种情况进行对比，总结双层网架支柱球罐的应力分布特点以及与单层支柱球罐的区别。
　　本课题所涉及的钢制压力球罐对于石油化工、能源、冶金等行业有着重要的意义与价值。双层网架支柱球罐的力学特性分析研究是对新型球罐结构的探索。目前球罐建造正向着大型化、结构多样化的方向发展，此研究适应于当今球罐的发展趋势，对后续的研究发展具有一定的指导意义。本研究有助于双层网架支柱球罐在实际生产中的安全应用，为进一步发展更大型、更多样的球罐积累经验。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景与意义

1．2 球形储罐结构的力学分析研究现状

1．2．1 球罐结构静力学分析研究

1．2．2 球罐结构动力学分析研究

1．3 有限单元法数值分析简介

1．3．1 有限元数值分析理论

1．3．2 ANSYS有限元工程分析软件

1．3．3 结构控制仿真过程

1．4 本课题的主要研究工作与关键技术

1．4．1 研究构想与思路

1．4．2 主要研究内容

1．4．3 拟解决的关键技术

第二章 球罐结构分析模型的建立

2．1 引言

2．2 球形储罐结构简介

2．2．1 球罐的特点

2．2．2 工程中广泛应用的球罐结构

2．2．3 双层网架支柱球罐结构简介

2．3 基于Pro／E建立球罐实体模型

2．3．1 Pro／E工程建模软件简介

2．3．2 球罐结构基本参数与结构简图

2．3．3 建立球罐实体结构模型

2．3．4 Pro／E与ANSYS之间的接口技术

2．4 建立球罐的有限元模型

2．4．1 有限元网格划分的基本原则

2．4．2 采用ANSYS有限元网格划分功能

2．4．3 建立双层网架支柱球罐的ANSYS有限元模型

第三章 球罐结构静力分析

3．1 引言

3．2 相关分析理论的概述

3．2．1 分析设计与常规设计方法的比较

3．2．2 结构静力分析理论概述

3．2．3 应力线性化分析与应力强度校核

3．3 基于ANSYS球罐结构静力分析计算与安全评定

3．3．1 球罐主要设计参数与载荷工况

3．3．2 正常工况下球罐结构静力分析与安全评定

3．3．3 风载荷工况下球罐结构静力分析与安全评定

3．3．4 地震载荷工况下球罐结构静力分析与安全评定

3．3．5 水压试验工况下球罐结构静力分析与安全评定

3．3．6 轻质物料球罐的静力分析

3．4 本章小结

第四章 球罐结构地震动态分析

4．1 引言

4．2 球罐结构地震动态分析理论概述

4．2．1 地震作用动态响应分析方法

4．2．2 时程分析法和频谱分析法的特点

4．3 基于ANSYS球罐结构地震动态分析计算

4．3．1 球罐结构模态分析

4．3．2 球罐结构地震反应谱分析

4．3．3 球罐地震动态分析与地震静力学分析比较

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢