2×6MV串列加速器钢桶的机械设计与应力校核

钢桶是串列加速器主体的核心部件,此前国内大多数学者都是根据经验或参照外国同类产品进行串列加速器钢桶的机械设计,因而对其的研究缺乏完善的理论依据。针对此问题,该文以2×6MV串列加速器为基础开展理论设计研究。在保障其结构强度与气密性的前提下,通过控制外壁厚度来实现桶身质量减小的目的。首先基于无矩理论,钢桶选取标准椭圆形封头,外壁最小名义厚度为9 mm;然后根据卧式容器近似分析与计算方法,确定出鞍座底板中心至封头切线的最佳距离为0.64 m;最后建立钢桶有限元模型,开展应力与变形分析。该研究通过对封头形状、外壁厚度、鞍座位置的设计与选择,得出了使钢桶质量最小的机械参数,为2×6MV串列加速器钢桶的实际加工和其它有相似结构的串列加速器的机械设计提供了理论依据。

超大型油罐罐壁与底板应力有限元仿真分析

兰州原油末站大型油罐群,是我国首次在饱和黄土地基修建的大型储油设施.针对15×104 m3超大型非锚固油罐,采用ANSYS有限元软件,对大型储油罐基于接触条件下的二维轴对称有限元模型进行数值模拟分析.计算结果表明:罐壁环向应力大于竖向轴力,在第二圈罐壁和第三圈罐壁相连接的位置,环向应力值最大;油罐底板径向弯曲应力和环向应力均发生在油罐底板与罐壁相连接的大角焊缝处,径向弯曲应力是环向应力的2.7倍;在整个回填砂范围内,罐底变形较为均匀,罐底板有反向"翘离"现象,最大翘离高度为4.8mm;对于大型和超大型储油罐,罐体的薄弱环节在罐壁与底板相连接的大角焊缝处,在施工工程中注意保证钢板的焊接质量.

地震动频谱特性对罐液体系地震响应的影响分析

基于拉格朗日方法建立考虑流固耦合效应的位移格式的运动方程,运用ANSYS建立立式拱顶储罐的三维有限元模型,分别选取短周期成分丰富（S1）、普通地震波（S2）和长周期成分丰富（S3）的三条天然地震波,分析了地震波频谱特性对液体晃动、罐底剪力、弯矩以及罐壁响应等结果的影响。研究表明,罐液体系自振频率存在两个明显频段,即液体晃动低频率段（长周期）和罐液耦联振动高频率段（短周期）。罐液体系的动力响应对地震波频谱特性的影响较为敏感。S3地震波卓越周期最接近罐液晃动周期,引起液面大幅度晃动,较其他增长4倍。罐液耦联振动对轴向应力响应影响最大,S1地震波卓越周期最接近罐液耦联振动周期,其引起罐底轴向压应力超过规范许用应力,出现明显＂象足＂屈曲变形。罐底剪力和弯矩受耦联振动影响最大,而液体晃动对其影响较小,地震激励仅引起液体表面少量单元产生对流运动。

地下混凝土双壁储油罐温度应力数值模拟

面对我国正在开展的战略石油储备工作,文章提出了一种新的地下混凝土双壁储油罐结构形式。应用结构分析软件ANSYS对地下混凝土双壁储油罐的温度应力进行了弹性计算,分析了储罐罐壁在储油前期、中期和后期的温度和应力分布规律。结果表明:在储油前期,内壁温度梯度大,但受到外壁约束,内壁出现的拉应力较小,随着储油时间的延长,内壁逐步变为全截面受压,满足安全储油的要求。外壁在储油过程中一直处于受拉状态,拉应力较大,所以应采取适当的措施减小外壁裂缝宽度。

LNG储罐在地震作用下弹性罐壁Mises应力理论解

以典型弹性壁LNG储罐结构为研究对象,探讨了该类结构在地震作用下的结构响应。对比分析了反应谱理论与欧洲规范《EN1998-4》关于弹性壁储罐结构的地震动动水压力,提出并应用曲面拟合方法将该动水压力拟合为三角函数的组合形式。从薄壳结构理论出发,应用拟合的动水压力与静水压力的叠加,给出了在地震作用下该类结构的Mises应力解。通过比较本文提出的罐壁Mises应力理论解与ABAQUS耦合欧拉—拉格朗日(CEL)的算法结果,验证并表明了本文理论简化解具有较高的计算精度。

箱式绿化混凝土挡墙稳定及变形分析

研究治理后高陡边坡的稳定状态与变形情况,考虑坡顶人群荷载与河内水位对稳定的影响,采用刚体极限平衡法与有限单元法,对箱式绿化混凝土挡墙进行稳定及变形计算分析.计算结果表明,采用箱式绿化混凝土挡墙结构治理边坡后,边坡各项安全系数均大于1.30,边坡安全系数在河内满水时高于无水时,人群荷载使得边坡整体稳定安全系数降低0.9%～3.2%;挡墙与混凝土砌块均存在应力集中现象,存在一定拉应力,边坡沉降量与水平位移量均小于1mm.箱式绿化混凝土挡墙稳定及变形均在安全范围内,从安全角度论证了该边坡治理措施的合理性.

近断层地震动作用下大型LNG储罐晃动效应研究

为研究16×10^4m^3LNG储罐在近断层地震动作用下的晃动效应,并对比近断层地震动和其他类型地震动对大型储罐响应的差别,选取5条不同脉冲周期的近断层地震波和4条Ⅱ类场地普通地震波作为地震激励,应用有限元软件ADINA建立三维储罐模型,采用动力时程积分法进行地震响应分析。研究表明:与普通地震动相比,近断层地震动作用下储罐的地震响应偏大;近断层地震动会激发更为剧烈的液面晃动,而脉冲周期是影响储液晃动的主要因素;剧烈的储液晃动对内罐壁和穹顶造成较大冲击,从而导致内罐壁上部有效应力和加速度激增,储液上部动液压力存在突变,穹顶的有效应力增大。故在断层区设计建造LNG储罐时应设计防晃装置,避免因晃动过大而引起储罐的泄露和破坏。

LNG储罐混凝土外罐预应力张拉顺序与罐壁底端加厚研究

LNG储罐预应力混凝土外罐建造技术一直是接收站建设中的一个难题。施工中发现不同的预应力张拉顺序对混凝土裂缝的大小有较大影响。借助于ANSYS有限元软件,对LNG预应力混凝土外罐罐壁在不同预应力张拉顺序下的内力分布进行了深入研究,分析了不同的预应力张拉顺序对预应力混凝土储罐结构的影响。并对罐壁底端的受力情况进行了有限元分析,提出了罐壁底端加厚的改进措施,解决了LNG预应力混凝土外罐罐壁预应力设计施工中的应力过大的问题,有效地控制了罐壁底端裂缝的产生。

大型薄壁贮箱焊接区等应力优化设计

在内压载荷作用下,大型薄壁贮箱结构圆筒壳与半球壳的变形不协调,导致焊接区有较大弯曲应力,然而采用传统方法难以实现等应力设计。从应力传递的角度来说,消除弯曲应力,就是实现整个截面均匀传力。基于此,本文首先对传统方法设计出的薄壁贮箱焊接区进行有限元分析,获得应力分布规律,发现焊缝附近横向应力的传力路径在焊接区附近完成了从内壁向外壁的改变;然后基于控制传力路径的思想,在焊接区两侧的过渡环和圆筒壳厚区构造削弱槽,以实现焊接区均匀传力;最后采用非支配排序遗传算法进行参数优化,在焊接区获得了较均匀的应力分布。与传统设计方案相比,本文优化设计后的应力梯度降低了80%,应力峰值降低了40%。

基础谐波沉降下储罐的力学特性研究

为评估基础沉降对储罐力学特性的影响,以我国某油库100000 m^(3)大型立式圆筒形钢制原油储罐为对象,考虑油罐实际几何结构、接触非线性等因素,采用ANSYS软件建立储罐三维模型,并通过现场应力测试验证有限元模型的准确性。采用有限元方法研究基础单次谐波沉降对储罐内、外壁板及底板应力的影响规律,探明储罐危险点,并提出储罐的强度评定准则,确定储罐基础单次谐波沉降幅值的临界允许值。结果表明:基础谐波沉降和液体静压力作用下,储罐应力较高点主要发生在罐壁顶部、罐壁下部及罐底板大角焊缝内侧,确定了各单次谐波沉降时储罐的危险位置;2~4阶谐波沉降时,储罐壁板顶部应力先达到材料的许用应力;5~6阶谐波沉降时,储罐底板大角焊缝内侧先达到许用应力;储罐等效应力达到许用值所对应的2~6阶谐波沉降的临界幅值依次为645 mm、110.6 mm、38.64 mm、39 mm、33.4 mm。

磁记忆技术在储罐罐壁应力集中检测中的应用

将磁记忆技术应用于储罐罐壁应力状态检测,发现了典型的整圈应力突变现象。利用常规无损检测方法复验,排除了宏观缺陷存在,判定是由于应力集中引起的早期损伤。并针对罐壁的应力分布状态及储存介质腐蚀特性进行了应力集中原因的研究和分析,为后期储罐使用及维护提供相应的对策。

光热电站储热系统设计及储罐预热方案研究

储热系统是光热电站的重要子系统及事故高发系统之一,是光热电站能够持续稳定运行的关键,储热系统的精细化设计对光热电站成本控制及安全稳定运行具有重要意义。提出了光热电站储热系统储罐熔盐量及壁厚的精细化设计方法,通过数值模拟烟气和熔盐在储罐内的流动过程和储罐的实时壁温,获得不超过储罐允许最大壁温差的预热方案,用于减少储罐预热过程中的热应力,降低储罐的风险和故障率。该预热方案在实际项目中应用取得了良好的效果。

关于双层叠合水池结构布置形式研究

为研究在不影响工艺运营的前提下部分构筑物的叠合建设,本文通过有限元的手段,对双层叠合水池在下部导流墙布置形式及截面厚度改变情况下水池的内力变化进行计算分析。结果表明,下部导流墙垂直上部受力隔墙布置时,对中板受力更为有利。双层叠合水池受力合理、施工简单、运行效果好,建议推广应用。

15×10~4m^3超大型油罐应力测试与数值模拟分析

兰州原油末站大型油罐群,是我国首次在饱和黄土地基修建的大型储油设施。依托其中一座15×104 m3超大型非锚固油罐,开展了现场充水测试罐壁静态应力的试验研究。通过粘贴在油罐罐壁的应变计,测试充水过程中罐壁应力的变化规律,并采用有限元对15×104 m3超大型油罐进行应力分析。测试结果表明:罐壁的环向应力随充水水位的增加基本呈线性关系。数值模拟计算表明,罐壁环向应力最大值发生在第二圈罐壁和第三圈罐壁相连接的位置。由于罐壁上部设置了抗风圈和加强圈,有效地控制了罐壁的径向位移,使罐壁环向应力和竖向轴向应力在加强圈和抗风圈附近发生波动。将有限元数值模拟计算的罐壁环向应力分布情况与实测应力进行比较,两者总体吻合较好。上述研究结果可为超大型储罐在黄土地基的设计和建造提供技术依据和设计参数验证。

钢制焊接油罐设计规范中罐壁厚度的计算

介绍了储罐标准规范GB 50341、JIS B 8501、BS EN 14015及API 650的罐壁厚度计算公式;比较分析了4个标准规范在罐壁厚度计算公式、罐壁钢板许用应力、罐壁焊接接头系数方面的差异。通过比较分析发现,除了许用应力、焊接接头系数不同外,罐壁计算厚度的设计液位高度也不一样,对设计液位高度的不同理解是引起罐壁厚度差异的主要原因。分析结果表明:采用GB 50341与采用其他储罐标准规范中罐壁厚度计算公式确定的罐壁厚度是一致的。为使罐壁计算厚度与国际标准规范相同,给出了许用应力的确定原则,同时重新定义了设计液位高度。通过实例证明,许用应力的确定原则是合理可靠的。

大直径立式锥底罐变壁厚锥底结构设计

针对目前没有立式锥底罐变壁厚锥底板设计公式和相关规范的现状,根据回转薄壁壳体的应力计算公式,基于无弯矩理论推导了锥底板在液压作用下的厚度设计公式。有限元数值计算结果表明,锥底罐在锥底与罐壁连接处(大角缝)应力集中程度比较严重。类比球罐设计用弧形母线回转薄壳代替原来的直线母线回转薄壳,并推导了其厚度计算公式。以3 200 m3立式锥底罐的设计为例,采用有限元软件ANSYS分别建立了两种锥底结构计算模型,并对计算结果进行对比分析。研究结果表明,弧形板锥底罐罐体应力值和变形量明显小于直板锥底罐,且大角缝处应力集中程度显著降低。此外,进行了不同长度弧形板锥底罐的数值计算,探寻了弧形板长度与应力和变形的关系。

大型LNG储罐预应力混凝土外墙应力分析与结构优化

大型LNG储罐的外墙一般由预应力混凝土建造,其应力分布和变形比较复杂,目前国内对这方面的研究较少。提出了储罐外墙纵向预应力筋向外最大偏移量的控制方程,以及环形压力容器最大环向应力位置的计算方法,推导出纵向预应力筋偏移后距罐内侧最大距离的控制方程和最大环向应力位置的计算方程,并根据边界条件,给出计算方程参数的方程组,在此基础上提出纵向预应力筋向外偏移、局部增设环向预应力筋的结构优化方法,并应用ADINA有限元软件,进行数值模拟。通过理论计算与数值模拟结果的对比分析,验证了理论公式推导的正确性以及结构优化方法的合理性,可为以后国内LNG储罐的自主设计与建造提供理论依据。

饱和黄土地基修建15×10~4 m^3超大型油罐现场充水试验

为检验工程设计的合理性和保证运行的安全性,针对饱和黄土地区首次修建的15×104 m3超大型非锚固油罐进行现场充水试验,通过在油罐罐壁和环墙基础钢筋表面粘贴应变计在油罐地基埋设沉降计,测试充水过程中的罐壁应力、环墙应力和基础沉降,分析罐壁应力、环墙应力,在基础沉降变形的发展规律。研究表明:充水到最高水位22.2 m时,距离罐底以上3.34 m处罐壁环向应力达到284.9 MPa,罐壁的环向应力随充水水位的增加基本呈线性关系。环墙内侧上部受到油罐传递的压应力,内壁整体受到环墙内垫层传递的压应力,环墙内侧1.0 m处环墙应力最大值为1 091 k Pa。油罐基础的沉降变形大部分为塑性变形,在充水试验结束后能较快趋于稳定,整个底板的沉降呈现碟形分布。研究结果可为超大型储罐在黄土地基的设计和建造中提供技术依据和设计参数验证。