立式储液罐动力响应的数值模拟研究

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地震是世界上最具有突发性和毁灭性的自然灾害,立式储液罐在地震荷载作用下的损坏易造成严重的人员伤亡和财产损失,特别是立式储液罐多为储存易燃、易爆介质,地震中发生的次生灾害对人类的生存环境造成更为严重的影响和危害。随着石油和天然气的开采,储液罐已经成为石油、化工等领域的重要工业设施。如何分析其在地震作用下的响应以减小其破坏,已成为该领域重要的研究课题之一。基于以上,本文做了以下几个方面的研究工作:   1、通过大量阅读文献资料,介绍了储液罐的抗震研究的发展历程,将储液罐流固耦合效应的基础理论及各种研究方法作了简要的概括,为下面进行的数值模拟提供理论基础。   2、分析了立式储液罐流固耦合、动液响应的基本原理,运用Fluid80单元与Shell181单元建立了立式储液罐的有限元模型,并借用有限元程序ANSYS对其进行了模态分析,将所得结果与文献值及理论值进行对比,初步验证了有限元模型的正确性和合理性。   3、考虑流固耦合系统的固有频率求解是非线性问题,本文运用脉冲响应试验方法建立有限元模型,通过Fourier变换,从时域相应结果获得系统的频谱,得出了立式储液罐在水平脉冲作用下的时程曲线和频谱曲线,为罐液耦合系统的非线性模态分析提供了新的思路。   4、采用了三条地震波对储液罐不同液面的情况进行了动力时程分析,得出了立式储液罐在地震荷载作用下的时程曲线,对其结果进行了分析,分析结果表明,储液罐地震响应在满罐时发生破坏或失效的可能性最大。为储液罐工程设计提供了理论依据。   本文主要做了一些在储液罐抗震研究方面的基础工作,主要的创新点是通过对罐体作用水平脉冲激励,来研究罐-液耦合系统的自由振动特性。这种方法在其它结构分析中很常见,但在国内储液罐的抗震分析研究中并不多见,将此法应用到该领域,无疑是对更全面地了解储液罐耦合固有频率问题有着开拓性的意义。
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