我国覆土式钢制储存容器研究与应用进展

相对于地上储罐,覆土储罐不仅具有更好的环保性和更高的安全性,而且还能节省土地资源,改善厂区地表环境,但是复杂的环境载荷也给覆土储罐的结构设计带来了一系列新问题。综合论述了覆土式卧式钢制储存容器、覆土式立式钢制储存容器和覆土式球形钢制储存容器在我国的应用情况,调查研究了我国覆土式储存容器存在的基础研究不足、缺少成熟的规范、缺少成熟的经验以及投资收益比低问题,总结了我国覆土式储存容器未来的发展方向,以期为我国覆土储罐的理论研究、标准制定和工程应用提供参考。

基于局部探测法的外压球壳屈曲载荷设计方法研究

由于受外压球形容器的缺陷敏感性不可避免,其屈曲设计是值得关注的课题,因此系统地研究了基于局部探测法的外压条件下的缺陷敏感球壳结构屈曲设计。根据探测结果,提出了3种屈曲载荷设计方法:能量势垒法、最大曲率法、等效缺陷法。在考虑材料属性影响的基础上,详细介绍了3种屈曲载荷设计方法,并通过具有不同几何缺陷的球壳屈曲响应,对提出的设计方法进行对比与验证。研究结果表明,所提出的屈曲载荷设计方法与现行标准相比,能够针对特定的球壳结构,在考虑缺陷敏感性的前提下,给出精细化的屈曲载荷设计结果。利用3种特定结构对该方法进行验证,每种结构最低试验折减因子分别为0.390,0.224,0.290,而通过文中提出的设计方法计算得到的每种结构最高设计折减因子分别为0.315,0.213,0.171,均低于试验值,体现了提出的设计方法的可靠性。

基于实测沉降的浮顶储罐变形分析

基于实测沉降数据,研究浮顶储罐在不均匀沉降作用下的变形响应.采用经典弹性力学理论,推导储罐在不均匀沉降作用下的径向位移理论公式.采用有限元模拟方法,分别应用实体单元和壳单元模拟储罐在不均匀沉降作用下的变形响应,将模拟结果与理论公式计算结果进行比较与分析.在此基础上,采用双指数衰减函数拟合法,推导含顶部抗风圈储罐在不均匀沉降下的径向位移理论公式.将有限元模拟方法与理论公式进行比较和验证,结果表明:对于具有不同尺寸、不同结构形式抗风圈的储罐,该理论公式可以准确地应用于计算其在不均匀沉降作用下的变形情况,预测在役储罐可能的失效模式.

残余应力对球墨铸铁容器内压极限载荷影响

为了研究残余应力对球墨铸铁容器承压性能及极限载荷的影响,提出基于数值模拟的塑性分析方法.模拟铸造工艺,获得铸件残余应力的分布规律,选取不同水平的残余应力场,依次作用于球墨铸铁有限元塑性分析模型,分析残余应力对容器极限载荷的影响.对一组型号相同但热处理工艺不同的球墨铸铁压力容器进行承压试验.比较数值模拟结果与试验结果,验证了有限元塑性分析模型的准确性.结果表明,铸造残余应力在一定程度上削弱了球墨铸铁的承压性能,降低了容器的极限载荷,但影响程度十分有限;验证了ASMEⅧ-1规范不强制球墨铸铁容器进行去应力退火热处理的合理性.

基于指数曲线法沉降预测模型的在役储罐疲劳寿命分析

为了研究在役储罐发生不均匀沉降后的结构疲劳安全性,构建了指数曲线法沉降预测模型,并在此基础上,建立基于沉降预测模型的在役储罐疲劳寿命预测方法,分析工程实例中储罐在实测不均匀沉降下的结构疲劳安全性。结果表明:该方法能够准确预测储罐地基沉降随时间的变化趋势并模拟储罐-地基沉降后的接触情况,可预测在役储罐不均匀沉降下的结构疲劳寿命,为在役储罐后续的安全运行提供技术支持。

车载LNG气瓶液体晃动数值分析方法对比

工程上通常将车载LNG气瓶内液体晃动简化为静力问题来计算,这与真实受力情况存在较大差异。用流固耦合方法计算了不同工况下气瓶应力随时间的动态响应,并与等效静力计算结果进行对比分析。结果表明:当气瓶受到液体晃动冲击载荷时,应力强度呈现先增大、后减小的趋势,最后趋于稳定值,最大应力可达静止状态的2倍左右;对等效静力法进行修正,获得了不同方向惯性加速度作用下气瓶的液体晃动影响系数上限值,随着充装率增加,各方向的晃动影响系数均逐渐减小;满载时气瓶应力最大,实际工程应用时,可取晃动影响系数为1.3来校核气瓶强度。

直接安注接管与筒体连接区表面裂纹J积分数值计算

核岛主系统发生严重失水事故后,需要启动非能动安全注入系统注水以快速冷却堆芯,但过大的热冲击载荷易引起直接安注(DVI)接管发生快速断裂。基于RCC-M ZG3210规定,在反应堆压力容器(RPV)筒体和DVI接管连接区构建了半椭圆形表面裂纹;开发了热力耦合作用下表面裂纹弹塑性断裂J积分的数值计算模型,并进行了验证分析和裂纹强度评定;探究了温差、裂纹深长比和双裂纹交互作用对J积分的影响规律。该研究成果不仅可用于评定核岛内DVI接管表面裂纹的安全性以及抗快速断裂能力,也可用于其他承压结构在热力耦合作用下表面裂纹弹塑性J积分计算分析。

含缺陷海底管道横向屈曲行为的数值模拟

海底管道在制造、敷设及运行过程中不可避免地会产生局部或整体初始几何缺陷。为了研究海床表面敷设的含缺陷管道横向屈曲行为,建立了含5种初始几何缺陷管道的横向热屈曲非线性数值计算模型,并验证了有限元模型的准确性,重点分析了缺陷类型、不直度对管道横向屈曲行为的影响。结果表明:横向屈曲变形是海底管道安全运行的一个重要威胁,不直度越大,临界温升越小,管道越容易发生横向热屈曲;在不直度相同的条件下,管道初始几何缺陷中心处曲率绝对值越小,抗横向热屈曲能力越强。基于无量纲分析法,提出了适用于含多种通用的初始几何缺陷海底管道的临界温升计算一般表达式,以期为海底管道抗热屈曲工程设计提供参考。