【摘 要】
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作为一种在工业中常见的钢制压力容器,球形储罐主要用作液态或气态材料的储运设备。随着综合国力和科技水平的提高,球形储罐的制造水平和使用范围高速发展,向高参数和大型化的方向推进。而大型化球罐对风的敏感性增强,受极端风、内部介质、压力等载荷的作用有断裂、变形和丧失平衡的风险,由此引发罐体开裂、内盛物料外漏和起火爆炸等事故,造成人的伤亡、财产损失和环境破坏等严重后果,因此开展在役球罐的风载荷和结构承载力研
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作为一种在工业中常见的钢制压力容器,球形储罐主要用作液态或气态材料的储运设备。随着综合国力和科技水平的提高,球形储罐的制造水平和使用范围高速发展,向高参数和大型化的方向推进。而大型化球罐对风的敏感性增强,受极端风、内部介质、压力等载荷的作用有断裂、变形和丧失平衡的风险,由此引发罐体开裂、内盛物料外漏和起火爆炸等事故,造成人的伤亡、财产损失和环境破坏等严重后果,因此开展在役球罐的风载荷和结构承载力研究具有重要的工程价值。本硕士论文以某5000m~3球形储罐为研究对象,综合运用理论计算、有限元分析和实地测试等方法,对球形储罐的外部空气流场及其在内外载荷共同作用下的结构承载力进行了研究,主要内容如下:（1）采用理论计算的方法对正常工作和耐压试验状态下球罐的强度和稳定性进行了分析,得到了基本自振周期,球壳各带应力和稳定性,支柱的垂直载荷、弯矩和稳定性以及支柱与球壳和拉杆连接处的强度,将计算结果代入相关标准进行校核,验证了球罐设计的合理性,研究了各种因素对球罐结构承载力的影响。（2）考虑球罐的几何完整性和风载荷的不均匀性,分别建立球罐和空气流场的有限元模型,分对中来流和跨中来流两种情况研究了3种风速下空气流场的三维瞬态绕流现象,得到了空气动力系数随时间和雷诺数变化的规律、流场流速以及不均匀风载荷的分布,并通过将数值计算结果和实验值进行对比验证了空气流场计算的准确性。（3）采用流固耦合法计算了对中和跨中来流时承受不均匀风载荷的球罐在工作状态下的结构承载力水平,采用结构静力学分析法研究了内压、介质装量系数和均匀风载荷等对球罐承载力的影响规律,通过线性屈曲分析求得了球罐失稳的临界载荷和对应模态,检验了完善球罐的外压稳定性。（4）在石化仓储区搭建测试平台开展了球罐的现场测试,得到了罐顶平台处风速风向的时程变化、支柱的垂直度偏差、球壳与支柱连接处以及支柱中部的应变和应力,通过将测试数据与数值分析的结果相对比验证了所采用的分析方法的可行性,提出了防止球罐失效的安全措施。
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