爆炸地震动下矩形储液结构动力响应理论研究

为完善防护工程储液结构设计与评估体系,开展了爆炸冲击地震动作用下储液结构动力响应理论研究。将矩形储液结构简化为具有分布弹性的广义单自由度体系,采用虚功原理建立水平地震动下结构运动方程,通过双向梁函数组合法、Rayleigh法和Duhamel积分法分别得到储液结构壁板振型、振动频率和动力响应,进而构建地震响应谱。利用爆炸冲击震动模拟平台开展模型试验,结构测点应变、动水压力计算值与试验数据基本一致,验证了理论方法。通过算例分析储液率、地震动要素对模型结构动力响应的影响,构建爆炸地震动下储液结构挠度响应谱,结果表明:随储液率增加,结构基频降低,地震动激励特征因子先提高后降低,后者反映流固耦合对地震作用的强化效应先增强后减弱;弹性范围内,随地震动加速度峰值提高,结构挠度响应线性提高;地震动加速度持时和波形改变影响频谱特性,使挠度响应发生非线性变化;典型波形爆炸地震动的作用效果均可划分为相对于等效静力作用的缓和区、增强区和等效区;以响应谱峰值作为最不利响应进行防护设计偏于保守,考虑场地爆炸参数范围进行计算可提高工程设计的经济性。

土-结构相互作用对储液结构动力反应的影响研究

该文建立了考虑土-结构动力相互作用和流固耦合效应的储液结构-土体近场有限元模型,利用人工边界技术模拟半无限地基的波动辐射效应,采用人工边界子结构法实现地震波在近场模型中的输入,在此基础上,研究了土-结构动力相互作用对储液结构地震反应的影响。研究结果表明,考虑土-结构相互作用时,储液结构-液体耦联自振频率整体向低频方向移动,且与不考虑土-结构相互作用的模型相比,出现了额外的有土体参与的自振模态。受地震波频谱成分和储液结构自振频率变化的影响,在不同输入地震波和储液量下,土-结构相互作用对结构地震反应峰值呈现不同的影响规律。对于峰值地震反应过后的后续波动,当考虑土-结构相互作用时,由于下部土体与结构相互作用产生的散射波不断向外部辐射扩散,并最终被人工边界吸收,导致储液结构及其内部水体的振动幅值快速衰减。

车载柔性储液结构动态仿真方法

车载柔性储液结构与结构内液体的作用为典型的流体-结构耦合问题.采用显式动力软件LS-DYNA,首先通过控制体积法与ALE有限元法相结合的方法间接得到了柔性储液结构的初始状态,然后,采用ALE有限元法实现了大型车载柔性储液结构三维动态仿真,研究其在制动工况下的动力行为.通过与试验结果相比较,证实该仿真方法的可行性,为该类车载柔性储液结构的设计与整车性能的改进提供了参考依据.

爆炸地震动下储液结构动力响应试验研究

储液结构(LSS)关乎战略资源的储备安全,在国防工程建设中备受关注,需要考虑武器爆炸时强烈冲击地震动对其动力响应的影响。利用爆炸冲击震动模拟平台开展了地面式矩形储液结构模型试验,研究了不同储液状态下储液结构在爆炸地震动下的动力响应,分析了地震动强度对结构振动加速度、结构应变以及动水压力的影响。此外,结合理论方法对储液结构壁板振型进行了探讨,对动水压力计算及相关设计规范的准确性与安全性进行了讨论。结果表明:储液增加使液固体系固有频率下降;结构动力响应与地震动峰值加速度相关性较高,随着地震动增强,不同储液状态下结构振动加速度、应变和动水压力均表现出强化效应;相较于无液状态,储液状态下结构动力响应随地震动强度变化敏感性提高,表现出更加显著的地震动强化效应;等强度地震动下,结构动力响应随储液增加而增强,说明储液结构处于高液位状态更加不利;沿壁板底部至顶部,结构振动加速度呈现放大效应,结构竖向变形符合剪切梁悬臂模型;动水压力的主要组成为脉冲压力,液面以下随水深增加呈现先增大后减小的趋势。动水压力标准值理论计算值偏于安全,基于理论方法修正了动水压力系数,给出了倾覆力矩系数。

储液结构隔震优化模型及其影响参数分析

针对储液结构地震响应包括储液部分的刚体运动、中高频的冲击运动和低频的对流运动以及下部支撑部分的结构运动,导致该系统对频带宽、随机性强的地震动响应敏感,该文从概率优化的角度探讨基础隔震、层间隔震和非隔震储液结构的地震响应及其参数影响规律。基于Haroun-Housner储液结构动力模型,建立并给出了非隔震模型、层间隔震模型、基础隔震模型的动力控制方程。提出以其基底剪力的均值和标准差作为优化目标函数,以隔震层周期作为优化变量的优化模型,并在MATLAB软件平台上实现了该模型。通过单参数影响分析,研究了水箱结构与下部支撑结构的重量比、下部支撑结构的刚度、水箱结构储液高度与半径比、场地变化等因素对各种模型地震响应的影响。该研究成果对隔震技术在储液结构中的应用、提高储液结构的抗震性能等方面具有参考价值。

基于ABAQUS的半地下LNG储罐振动台试验数值模拟

以半地下LNG储罐振动台试验为依托,基于大型通用有限元软件Abaqus建立整体计算模型,对半埋和只露穹顶两种埋置形式的储罐模型进行了试验工况的数值模拟,并将模拟结果与模型试验结果进行了对比分析。针对半地下LNG储罐动力时程分析法中特有的技术要点进行了阐释,如采用声固耦合法解决液固耦合问题、自由液面的模拟与晃动波高的计算、壳与实体联结的多尺度组合建模问题等。结果表明:考虑储液—结构—土相互作用的计算模型可以较好地模拟加速度响应时程、动力放大效应、液动压力、晃动波高,为发展原型尺度的半地下LNG储罐动力时程分析法提供支撑。同时表明,只露穹顶相较于半埋的情形,储罐结构因其自身刚度相对较大对周围土体地震动具有抑制作用,其自身的振动特性因周围土体的握裹作用而难以发挥,表现为具有环向土体约束的地下结构。

考虑埋深影响的地下LNG罐振动台试验研究

地下LNG罐与地上LNG罐相比,拥有更好的抗震性、更高的安全性等优点,其工程应用是LNG罐结构的发展趋势,目前我国大陆尚无地下LNG罐的应用先例。振动台试验是研究地下LNG罐地震响应的一个重要手段,为考察不同地震动强度、不同液位、不同埋深情况下地下LNG罐的地震响应特性,基于1个结构模型设计并进行了2组层状剪切试验箱的振动台试验。LNG罐模型参照某22万m^(3)LNG罐进行简化,考虑储液与结构、土与结构的动力相互作用关系对储液、结构、土(包括基岩)进行了相似设计。通过试验设计对模型和边界进行了合理的设置,振动台试验考察了不同工况下的地震响应规律,获得了LNG罐结构的动力响应特性。结果表明试验中展现出的储液-结构-土相互作用的部分特征与相近工程实测结果、经典理论具有一致性。

核电工程环形水箱动力分析的附加质量法比较研究

以第三代核电站中环形重力排水箱结构地震作用下的动力反应为研究对象,拟提出一种计算精度较高、实现较为便捷的适用于环形容器的附加质量动力分析方法。根据Housner附加质量理论,改进了适用于环形储液容器的附加质量分布模型。在ANSYS有限元软件中实现了基于该分布模型的改进附加质量法的建模与计算。以能够考虑流体-结构相互作用的流-固耦合有限元法计算结果为基准,对比分析了改进的附加质量法、工程界常用的60%和100%均布附加质量法的适用性及在模态分析、动力时程分析中的计算精度。研究结果表明：改进的附加质量法在不同地震动、模型尺寸、储液率情况下对于结构振动频率、变形和内力均有较高的计算精度,可用于环形水箱结构的实际工程分析;60%均布附加质量法的计算精度略低于改进的附加质量法,且计算精度易受模型尺寸影响,但此附加质量分布形式简单,易于实现,能够满足工程应用需求;100%均布附加质量法过高估计了结构变形和结构内力,且计算误差受模型尺寸影响较大,计算精度较差。研究结果可为环形容器附加质量法在工程中的应用提供借鉴。