[发明专利]一种储罐弹塑性象足屈曲临界载荷获取方法及装置

说明书

本发明实施例公开了一种储罐弹塑性象足屈曲临界载荷获取方法及装置。方法包括：获取储罐、储罐附件和地基的结构参数；根据结构参数包括的几何结构和材料应力应变关系建立有限元全模型；对所述有限元全模型设置载荷和罐壁最大环向应力，并对所述有限元全模型设置预设边界条件；以轴向压力载荷数据为有限元全模型的输入变量，对储罐发生弹塑性象足屈曲的过程进行分析，获取罐壁所受轴向压应力与罐壁形变之间的对应变化数据；根据对应变化关系获取储罐的弹塑性屈曲临界载荷。本发明实施例通过建立有限元全模型，并对其设置储罐的属性数据以及其他限制条件，然后以轴向压力载荷数据为模型的输入，模拟分析出使得储罐罐壁进入弹塑性象足屈曲的临界载荷，具有模拟真实度高、计算结果精确的优点。

技术领域

本发明实施例涉及石油化工技术领域，具体涉及一种储罐弹塑性象足屈曲临界载荷获取方法及装置。

背景技术

象足屈曲主要是罐壁纵向压应力超过临界应力而产生的局部屈曲破坏。由于大型非锚固油罐高径比小，属于矮圆柱壳结构，因此，象足屈曲是此类储罐在地震作用下的一种典型破坏方式。当储罐的轴向压应力超过屈曲临界应力，环向应力接近材料的屈曲极限时，象足屈曲便会发生。它是环向拉应力及轴向压应力共同作用使罐壁产生的外凸膨胀变形，这种塑性变形主要发生在罐壁底部。

大型储油罐一旦发生了屈曲，就很难进行修复，因此，在抗震设计中应防止罐壁发生轴压失稳。

在实现本发明实施例的过程中，发明人发现国内外标准针对大型焊接油罐发生象足屈曲失稳的主要预防措施是在抗震设计时，限制罐壁临界应力的大小，要求地震激励下罐壁底部的轴向压应力应小于许用临界应力。基于薄壁圆柱壳弹性屈曲理论，储罐屈曲的许用临界应力σ_cr与材料弹性模量E、底层壁板厚度t及储罐半径R相关，不同的是系数K，计算公式可统一为而储罐一旦发生象足屈曲，将进入弹塑性屈曲状态，上述公式的理论假设过于理想化，最后得出的临界应力存在较大误差。

有限元分析可以模拟复杂结构的实际运行状态，弥补理论计算模型的不足及实际测量的误差。然而，大多数文献在研究储罐轴压下的稳定性时，为了更容易获得地震所致的象足屈曲，均将罐壁假设为等壁厚。虽然象足屈曲通常发生在储罐的底层壁板附近，但壁板间的厚度差异对沉降储罐的罐壁变形及轴压屈曲是有显著影响的。而且，发明人发现，为计算方便，多数研究中都忽略抗风圈、加强圈等附件的作用，采用轴对称建模方式进行有限元分析。因此，目前的计算模型较为理想化，不符合储罐的运行状态，缺少实际的工程意义。

发明内容

本发明实施例的一个目的是解决现有技术以弹性屈曲理论和简化的有限元模型计算弹塑性屈曲的临界应力导致计算出的结果存在较大误差的问题。

本发明实施例提出了一种储罐弹塑性象足屈曲临界载荷获取方法，包括：

获取储罐、储罐附件和地基的结构参数；

根据所述结构参数建立包括所述储罐、所述储罐附件和所述地基的储罐系统的有限元全模型；

根据所述结构参数对所述有限元全模型设置载荷和罐壁最大环向应力，并对所述有限元全模型设置预设边界条件；

通过所述有限元全模型对储罐发生弹塑性象足屈曲的过程进行分析，获取储罐罐壁所受轴向压应力与储罐罐壁形变之间的对应变化数据；

根据所述对应变化数据获取所述储罐的弹塑性象足屈曲临界载荷。

可选的，所述根据所述结构参数对所述有限元全模型设置载荷数据包括：

根据所述结构参数对所述有限元全模型设置储罐固有的载荷数据；

将预设的第一载荷数据作为变量施加至所述有限元全模型；

或者，

根据所述结构参数获取储罐固有的载荷数据；