储罐屈曲临界压应力获取方法及装置

摘要

本发明实施例提供的一种储罐屈曲临界压应力获取方法及装置，所述方法包括：接收输入的储罐的结构参数、材料参数和材料应力‑应变关系；根据结构参数、材料参数和材料应力‑应变关系生成呈网格节点划分形态的储罐有限元模型；接收输入的作用于储罐有限元模型的模拟条件，采用预设算法根据所述模拟条件对所述储罐有限元模型进行求解获得求解结果；获取储罐上目标位置，根据所述求解结果绘制对应于所述目标位置的屈曲临界压应力‑位移曲线，并根据所述屈曲临界压应力‑位移曲线确定储罐上目标位置的屈曲临界压应力，实现在考虑地基沉降和动水压力等因素对储罐结构响应的影响下，获取屈曲临界压应力，能够为储罐的本质安全设计提供参考。

说明书

技术领域

本发明涉及储油罐性能分析领域，尤其涉及一种储罐屈曲临界压应力获取方法及装置。

背景技术

当内压产生的举升力大于罐顶、罐壁及其所支撑的构件的总重时，储油罐底板应进行锚固。随着储罐的大型化发展，底板多为非锚固结构，自由搁置在带钢筋混凝土环梁的地基上，依靠摩擦力保持储罐的平衡。震害调查表明，地震中非锚固储罐比锚固储罐的稳定性更需要被关注。而地基沉降是大型非锚固储罐的常见现象，影响储罐的结构安全。目前的储罐设计标准中，未考虑地基沉降及地震中动水压力共同作用下储罐的结构响应，不能有效做到为储罐的本质安全设计提供支撑。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供一种储罐屈曲临界压应力获取方法及装置。

本发明实施例提供一种储罐屈曲临界压应力获取方法，包括：

接收输入的储罐的结构参数、材料参数和材料应力-应变关系；

根据所述结构参数、所述材料参数和所述材料应力-应变关系生成呈网格节点划分形态的储罐有限元模型；

接收输入的作用于所述储罐有限元模型的模拟条件，采用预设算法根据所述模拟条件对所述储罐有限元模型进行求解获得求解结果；

获取储罐上目标位置，根据所述求解结果绘制对应于所述目标位置的屈曲临界压应力-位移曲线，并根据所述屈曲临界压应力-位移曲线确定储罐上目标位置的屈曲临界压应力。

本发明实施例提供一种储罐屈曲临界压应力获取装置，包括：

接收模块，用于接收输入的储罐的结构参数、材料参数和材料应力-应变关系；

构建模块，用于根据所述结构参数、所述材料参数和所述材料应力-应变关系生成呈网格节点划分形态的储罐有限元模型；

处理模块，用于接收输入的作用于所述储罐有限元模型的模拟条件，采用预设算法根据所述模拟条件对所述储罐有限元模型进行求解获得求解结果；

获取模块，用于获取储罐上目标位置，根据所述求解结果绘制对应于所述目标位置的屈曲临界压应力-位移曲线，并根据所述屈曲临界压应力-位移曲线确定储罐上目标位置的屈曲临界压应力。

本发明实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述储罐屈曲临界压应力获取方法的步骤。

本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述储罐屈曲临界压应力获取方法的步骤。

本发明实施例提供的储罐屈曲临界压应力获取方法及装置，通过结构参数、材料参数和材料应力-应变关系生成呈网格节点划分形态的储罐有限元模型，然后采用模拟条件对模型施压模拟，进而根据模拟条件对储罐有限元模型进行求解获得求解结果，根据求解结果绘制对应于目标位置的屈曲临界压应力-位移曲线，确定储罐上目标位置的屈曲临界压应力，实现在考虑地基沉降和动水压力等因素对储罐结构响应的影响下，获取屈曲临界压应力，能够为储罐的本质安全设计提供参考。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明储罐屈曲临界压应力获取方法实施例流程图；

图2为本发明储罐有限元模型的结构示意图；

图3为本发明储罐有限元模型进行施压模拟后的结构示意图；

图4为本发明临界压应力-位移曲线的示意图；

图5为本发明储罐屈曲临界压应力获取方法实施例流程图；

图6为本发明储罐屈曲临界压应力获取装置实施例结构图；

图7为本发明电子设备实施例结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示出了本发明一实施例提供的一种储罐屈曲临界压应力获取方法，包括：

S11、接收输入的储罐的结构参数、材料参数和材料应力-应变关系；

S12、根据所述结构参数、所述材料参数和所述材料应力-应变关系生成呈网格节点划分形态的储罐有限元模型；

S13、接收输入的作用于所述储罐有限元模型的模拟条件，采用预设算法根据所述模拟条件对所述储罐有限元模型进行求解获得求解结果；

S14、获取储罐上目标位置，根据所述求解结果绘制对应于所述目标位置的屈曲临界压应力-位移曲线，并根据所述屈曲临界压应力-位移曲线确定储罐上目标位置的屈曲临界压应力。

针对步骤S11，需要说明的是，在本发明实施例中，储罐的结构参数包括直径、壁厚、附件、罐高、地基类型等，如表1所示，但不局限于所举出的参数。储罐的材料参数包括目标材料的最小拉伸强度和屈服强度，如表2所示，但不局限于所举出的参数。即只要是本发明所述方法所需的参数均包括在内。

表1为10×10

表2为10×10

在本发明实施例中，获取目标材料材料参数，根据材料参数和预设的材料幂硬化指数公式确定材料幂硬化指数，根据所述材料幂硬化指数和预设的材料硬化关系方程式确定材料应力-应变关系。

所述材料幂硬化指数公式：

其中，S

将获取到的材料参数置入所述材料幂硬化指数公式中，可确定目标材料所基于的材料幂硬化指数m。

所述材料硬化关系方程式：

其中，ε为应力，σ为应变，ε

在所述材料硬化关系方程式中，由于已确定出材料幂硬化指数m。因此，可唯一确定目标材料所对应的材料应力-应变关系。

针对步骤S12，需要说明的是，在本发明实施例中，根据材料应力-应变关系可以得到储罐所采用材料在受力后所产生的变形程度。然后再根据所述结构参数、所述材料参数和应力-应变关系生成呈网格节点划分形态的储罐有限元模型，如图2所示。

针对步骤S13，需要说明的是，在本发明实施例中，所述模拟条件包括：

1)在储罐内施加静水压以及在储罐罐壁施加动水压力，所述静水压的获取公式包括：

p＝rg(H-z)

其中，p为静水压，r为储罐内液体密度，g为重力加速度，H为储罐内液体的高度，z为储罐罐壁任意位置点到罐底板的轴向距离；

所述动水压力的获取公式包括：

其中，p

2)在储罐地基下表面施加位移变量，其中，地基外边缘节点轴向位移变量为预设的储罐沉降量，中心节点轴向位移变量为外边缘节点轴向位移变量的平均值，其余节点的轴向位移变量沿半径方向按预设线性关系变化。

在本发明实施例中，预设的储罐沉降量的获取公式为：

其中，u为地基总体沉降量，mm；n为谐波数，u

在本实施例中，根据工程实践表明，只要将整体均匀沉降和平面倾斜的沉降量控制在一定的允许范围内，就不会影响结构的安全，因此在研究沉降对储罐的影响时将n＝0和n＝1剔除。地基不均匀沉降的幅值虽然较小，却很复杂，可能对储罐结构产生很大的危害，不容忽视。地基沉降实测数据分析表明，6次以内的组合谐波可以很好的反映地基实际沉降的真实性和规律性，所以主要分析2～6阶谐波沉降对储罐屈曲强度的影响。故上述储罐沉降量的获取公式可简化为：u＝u

3)在储罐轴向从上到下按预设压力加速度施加使罐壁变形的轴向压力。

也就是说，按模拟条件对储罐有限元模型进行施压模拟，然后采用预设算法根据所述模拟条件对所述储罐有限元模型进行求解获得求解结果。在本发明实施例中，可采用非线性稳定算法或弧长算法进行迭代求解。

在本发明实施例中，由于求解结果为数据信息，因此，可根据求解结果得到储罐有限元模型受到施压后的响应模型，如图3所示。

针对步骤S14，需要说明的是，在本发明实施例中，获取储罐上目标位置，根据所述求解结果绘制对应于所述目标位置的屈曲临界压应力-位移曲线，如图4所示。在这里，可根据得到的受到施压后的响应模型，确定罐壁轴向变形最大的位置为目标位置。

然后根据所述屈曲临界压应力-位移曲线确定储罐上目标位置的屈曲临界压应力。在本发明实施例中，选取斜率接近0的点对应的载荷为屈曲临界压应力。

本发明实施例提供的一种储罐屈曲临界压应力获取方法，通过结构参数、材料参数和材料应力-应变关系生成呈网格节点划分形态的储罐有限元模型，然后采用模拟条件对模型施压模拟，进而根据模拟条件对储罐有限元模型进行求解获得求解结果，根据求解结果绘制对应于目标位置的屈曲临界压应力-位移曲线，确定储罐上目标位置的屈曲临界压应力，实现在考虑地基沉降和动水压力等因素对储罐结构响应的影响下，获取屈曲临界压应力，能够为储罐的本质安全设计提供参考。

图5示出了本发明一实施例提供的一种储罐屈曲临界压应力获取方法，包括：

S21、接收输入的储罐的结构参数、材料参数和材料应力-应变关系；

S22、根据所述结构参数、所述材料参数和所述材料应力-应变关系，采用接触单元模拟生成地基与底板的接触区域模型，采用壳单元模拟生成壁板、底板、抗风圈、加强圈和肋板的结构模型，采用梁单元模拟生成包边角钢、抗风圈支撑的结构模型，采用实体单元模拟生成地基的结构模型，并对各个模型进行网格节点划分；

S23、接收输入的作用于所述储罐有限元模型的模拟条件，采用预设算法根据所述模拟条件对所述储罐有限元模型进行求解获得求解结果；

S24、获取储罐上目标位置，根据所述求解结果绘制对应于所述目标位置的屈曲临界压应力-位移曲线，并根据所述屈曲临界压应力-位移曲线确定储罐上目标位置的屈曲临界压应力。

针对步骤S22，需要说明的是，在本发明实施例中，根据储罐结构特点和载荷特性，同时考虑环墙式地基、加强圈及肋板、抗风圈及支撑、包边角钢等所有附件的影响，采用有限元软件模拟地基沉降、动水压力下储罐罐壁高处的屈曲行为。在有限元模型中，采用4节点壳单元模拟罐壁板、罐底板、抗风圈、加强圈及肋板，采用梁单元模拟罐壁顶层包边角钢、抗风圈支撑。通过接触单元模拟储罐底板-地基间的相互作用，将其施加在底板与地基接触的所有区域，采用8节点实体单元模拟环墙式地基。钢筋混凝土环墙和砂土地基的弹性模量分别取2×10

针对步骤S21、步骤S23和步骤S24，这些步骤与上述实施例所述步骤S11、步骤S13和步骤S14在原理上相同，在此不再赘述。

本发明实施例提供的一种储罐屈曲临界压应力获取方法，通过结构参数、材料参数和材料应力-应变关系生成呈网格节点划分形态的储罐有限元模型，然后采用模拟条件对模型施压模拟，进而根据模拟条件对储罐有限元模型进行求解获得求解结果，根据求解结果绘制对应于目标位置的屈曲临界压应力-位移曲线，确定储罐上目标位置的屈曲临界压应力，实现在考虑地基沉降和动水压力等因素对储罐结构响应的影响下，获取屈曲临界压应力，能够为储罐的本质安全设计提供参考。

图6示出了本发明一实施例提供的一种储罐屈曲临界压应力获取装置，包括接收模块31、构建模块32、处理模块33和获取模块34，其中：

接收模块31，用于接收输入的储罐的结构参数、材料参数和材料应力-应变关系；

构建模块32，用于根据所述结构参数、所述材料参数和所述材料应力-应变关系生成呈网格节点划分形态的储罐有限元模型；

处理模块33，用于接收输入的作用于所述储罐有限元模型的模拟条件，采用预设算法根据所述模拟条件对所述储罐有限元模型进行求解获得求解结果；

获取模块34，用于获取储罐上目标位置，根据所述求解结果绘制对应于所述目标位置的屈曲临界压应力-位移曲线，并根据所述屈曲临界压应力-位移曲线确定储罐上目标位置的屈曲临界压应力。

由于本发明实施例所述装置与上述实施例所述方法的原理相同，对于更加详细的解释内容在此不再赘述。

需要说明的是，本发明实施例中可以通过硬件处理器(hardwareprocessor)来实现相关功能模块。

本发明实施例提供的一种储罐屈曲临界压应力获取装置，通过结构参数、材料参数和材料应力-应变关系生成呈网格节点划分形态的储罐有限元模型，然后采用模拟条件对模型施压模拟，进而根据模拟条件对储罐有限元模型进行求解获得求解结果，根据求解结果绘制对应于目标位置的屈曲临界压应力-位移曲线，确定储罐上目标位置的屈曲临界压应力，实现在考虑地基沉降和动水压力等因素对储罐结构响应的影响下，获取屈曲临界压应力，能够为储罐的本质安全设计提供参考。

图7示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图7所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)510、通信接口(Communications Interface)520、存储器(memory)530和通信总线540，其中，处理器510，通信接口520，存储器530通过通信总线540完成相互间的通信。处理器510可以调用存储器530中的逻辑指令，以执行如下方法：接收输入的储罐的结构参数、材料参数和材料应力-应变关系；根据所述结构参数、所述材料参数和所述材料应力-应变关系生成呈网格节点划分形态的储罐有限元模型；接收输入的作用于所述储罐有限元模型的模拟条件，采用预设算法根据所述模拟条件对所述储罐有限元模型进行求解获得求解结果；获取储罐上目标位置，根据所述求解结果绘制对应于所述目标位置的屈曲临界压应力-位移曲线，并根据所述屈曲临界压应力-位移曲线确定储罐上目标位置的屈曲临界压应力。

此外，上述的存储器530中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random AccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。