CN109214018A - 一种储罐设计方法及装置 - Google Patents
一种储罐设计方法及装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109214018A CN109214018A CN201710532979.0A CN201710532979A CN109214018A CN 109214018 A CN109214018 A CN 109214018A CN 201710532979 A CN201710532979 A CN 201710532979A CN 109214018 A CN109214018 A CN 109214018A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- width
- storage tank
- ringwall
- listrium
- bottom plate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 238000013461 design Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims abstract description 29
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 claims description 14
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 11
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 claims description 8
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 abstract description 6
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 abstract description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 12
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 7
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 6
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 6
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 6
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 5
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 4
- 235000006508 Nelumbo nucifera Nutrition 0.000 description 2
- 240000002853 Nelumbo nucifera Species 0.000 description 2
- 235000006510 Nelumbo pentapetala Nutrition 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000010779 crude oil Substances 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 239000011150 reinforced concrete Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 description 1
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 description 1
- 239000011275 tar sand Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
- G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Geometry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
Abstract
本发明实施例公开了一种储罐设计方法及装置。该方法包括：获取罐体、储罐附件、地基以及储存介质的目标参数；根据目标参数建立三维有限元模型；根据目标参数对三维有限元模型配置载荷数据和预设边界条件；通过三维有限元模型对储罐进行数值模拟与分析，获取地基的环墙宽度、储罐底板的外边缘板宽度以及底板的内边缘板、外边缘板在底板和储罐壁板连接处的应力之间的对应变化关系；根据对应变化关系获取地基环墙宽度和外边缘板宽度。本发明实施例通过建立三维有限元模型对储罐进行数值模拟与分析以弥补理论计算模型的不足及实际测量的误差，与现有技术相比，具有提高储罐结构安全性的优点。
Description
技术领域
本发明实施例涉及石油化工技术领域，具体涉及一种储罐设计方法及装置。
背景技术
随着国家战略石油储备建设的深入开展，我国已有近7000座大型石油储罐，单台罐容最大15×104m3。随着储罐罐容和直径的不断增加，大型油罐的危险性随之增大，一旦发生泄漏、燃爆等事故，将对生命财产、社会环境带来巨大危害。
大型油罐均为立式圆筒形钢制焊接结构，主要由罐底、罐壁、罐顶组成。罐底分为环形边缘板和中幅板，底圈罐壁板与环形边缘板之间的大角焊缝采用连续焊。考虑焊接施工方便，设计标准GB50341-2003《立式圆筒形钢制焊接油罐规范》规定伸出罐壁的外边缘板宽度≥50mm。大型油罐地基的型式为环墙式基础，主要由钢筋混凝土环墙和砂土地基两部分组成，罐底板非锚固，自由搁置于储罐地基上。根据GB50473-2008《钢制储罐地基基础设计规范》，钢筋混凝土环墙的功能是提供足够的承载力，环墙宽度、高度受储罐竖向载荷的影响。环墙中心线的直径与储罐的中径一致，即要求环墙中心线与罐壁中心线对齐。理论计算和大量工程实践表明，大型油罐在液压载荷的作用下，其底层罐壁板、罐底边缘板及其大角焊缝连接处的应力状态非常复杂，尤其罐底大角焊缝处，是储罐的高应力区和危险点。
在实现本发明实施例的过程中，发明人发现目前的罐底板应力的理论计算有三种，分别为1968年J.B.Denham提出的刚性地基梁法，1978年中科院力学所的李国琛法，1996年吴天云提出的刚性-弹性地基梁耦合法。但这些方法均对储罐进行了边界条件的简化与过多的理论假设，例如假设地基不发生沉降，导致无法精确地得到大角焊缝处等复杂区域的应力分布。
发明内容
本发明实施例的一个目的是解决现有技术由于存在过多的理论假设导致无法精确地分析复杂区域的应力分布。
本发明实施例提出了一种储罐设计方法，包括：
获取罐体、储罐附件、地基以及储存介质的目标参数；
根据所述目标参数建立三维有限元模型；
根据所述目标参数对所述三维有限元模型配置载荷数据和预设边界条件；
通过所述三维有限元模型对储罐进行数值模拟与分析，获取所述地基的环墙宽度、所述储罐底板的外边缘板宽度以及所述底板的内边缘板和外边缘板在所述底板和所述储罐的壁板连接处的应力之间的对应变化关系；
根据所述对应变化关系获取所述地基的环墙宽度和所述外边缘板的宽度。
可选的，所述根据所述目标参数对所述三维有限元模型配置载荷数据包括：
根据所述目标参数获取所述储罐的液体静压力载荷以及罐体和储罐附件的自重载荷；
根据所述液体静压力载荷和所述自重载荷获取施加在所述底板和所述壁板上的载荷。
可选的，所述预设边界条件为将所述地基下表面处理为全约束。
可选的，所述通过所述三维有限元模型对储罐进行数值模拟与分析，获取所述地基的环墙宽度、所述储罐底板的外边缘板宽度以及所述底板的内边缘板和外边缘板的在所述底板和所述储罐的壁板连接处的应力之间的对应变化关系包括：
以所述地基的环墙宽度为常量，外边缘板的宽度为变量通过所述三维有限元模型对储罐进行数值模拟与分析，获取内边缘板和外边缘板在底板和壁板连接处的应力变化曲线对；
以所述地基的环墙宽度为变量，外边缘板的宽度为变量通过所述三维有限元模型对储罐进行数值模拟与分析，建立包括至少一应力变化曲线对的应力变化曲线组。
可选的，所述根据所述对应变化关系获取所述地基的环墙宽度和所述储罐的外边缘板的宽度。
对所述应力变化曲线组进行分析，获取应力变化曲线组中存在的交叉点，所述交叉点为外边缘板在底板和壁板连接处的应力与内边缘板在底板和壁板连接处的应力相同的点；
根据交叉点对应的环墙宽度，选取出对应有最小环墙宽度的交叉点；
将选取出的交叉点对应的环墙宽度作为所述地基的环墙宽度，将选取出的交叉点对应的外边缘板的宽度作为所述储罐的外边缘板的宽度。
本发明实施例提出了一种储罐设计装置，包括：
获取模块，用于获取罐体、储罐附件、地基以及储存介质的目标参数；
建模模块，用于根据所述目标参数建立三维有限元模型；
预处理模块，用于根据所述目标参数对所述三维有限元模型配置载荷数据和预设边界条件；
分析模块，用于通过所述三维有限元模型对储罐进行数值模拟与分析，获取所述地基的环墙宽度、所述储罐底板的外边缘板宽度以及所述底板的内边缘板和外边缘板在所述底板和所述储罐的壁板连接处的应力之间的对应变化关系；
处理模块，用于根据所述对应变化关系获取所述地基的环墙宽度和所述外边缘板的宽度。
可选的，所述预处理模块，用于根据所述目标参数获取所述储罐的液体静压力载荷以及罐体和储罐附件的自重载荷；根据所述液体静压力载荷和所述自重载荷获取施加在所述底板和所述壁板上的载荷。
可选的，所述预设边界条件为将所述地基下表面处理为全约束。
可选的，所述分析模块，用于以所述地基的环墙宽度为常量，外边缘板的宽度为变量通过所述三维有限元模型对储罐进行数值模拟与分析，获取内边缘板和外边缘板在底板和壁板连接处的应力变化曲线；以所述地基的环墙宽度为变量，外边缘板的宽度为变量通过所述三维有限元模型对储罐进行数值模拟与分析，建立包括至少一应力变化曲线对的应力变化曲线组。
可选的，所述处理模块，用于对所述应力变化曲线组进行分析，获取应力变化曲线组中存在的交叉点，所述交叉点为外边缘板在底板和壁板连接处的应力与内边缘板在底板和壁板连接处的应力相同的点；根据交叉点对应的环墙宽度，选取出对应有最小环墙宽度的交叉点；将选取出的交叉点对应的环墙宽度作为所述地基的环墙宽度，将选取出的交叉点对应的外边缘板的宽度作为所述储罐的外边缘板的宽度。
由上述技术方案可知，本发明实施例提出的一种储罐设计方法及装置通过建立三维有限元模型对储罐对应的物理系统的几何和载荷工况进行数值模拟与分析，以弥补理论计算模型的不足及实际测量的误差，与现有技术相比，能避免底板与壁板的连接处因应力过大而发生破裂，具有提高储罐结构安全性的优点。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1示出了本发明一实施例提供的储罐设计方法的流程示意图；
图2a和图2b示出了本发明一实施例提供的三维有限元模型的结构示意图；
图3示出了本发明一实施例提供的环墙式地基局部的结构示意图；
图4示出了本发明另一实施例提供的储罐设计方法的流程示意图；
图5a-图5c示出了本发明一实施例提供的底板和壁板连接处的应力的变化示意图；
图6示出了本发明一实施例提供的储罐设计装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1示出了本发明一实施例提供的储罐设计方法的流程示意图，参见图1，该方法可由处理器实现，具体包括如下步骤：
110、获取罐体、储罐附件、地基以及储存介质的目标参数；
需要说明的是，在设计储罐时，实际上目标参数均是可以预先设定的，例如：罐体的材料、中幅板尺寸、壁板尺寸，储罐附件的材料和尺寸，环墙材料和砂土地基材料以及储罐容积等等参数；
而需要设计的参数是环墙宽度和所述外边缘板的宽度；
其中，储罐附件包括：包边角钢、抗风圈、加强圈以及支撑等等。
120、根据所述目标参数建立三维有限元模型；
不难理解的是，基于构建模型的需要，首先，从步骤110获取的参数中选取出目标参数，然后，基于专家经验假定一组环墙宽度和所述外边缘板宽度，再然后，根据选取出的目标参数和假定的数据建立模型，参见图2a和图2b；
其中，图2a和图2b中的最下方一环为地基，最上面两环为抗风圈及支撑，中间三环为加强圈及肋板。
130、根据所述目标参数对所述三维有限元模型配置载荷数据和预设边界条件；
140、通过所述三维有限元模型对储罐进行数值模拟与分析，获取所述地基的环墙宽度、所述储罐底板的外边缘板宽度以及所述底板的内边缘板和外边缘板在所述底板和所述储罐的壁板连接处的应力之间的对应变化关系；
需要说明的是，数值模拟与分析是依靠电子计算机，结合有限元或有限容积的概念。其步骤一般包括：建立反应问题的数字模型，即建立反应问题各量之间的微分方程及相应的定解条件。然后，采用较为成熟的数值计算方法，计算方法包括：微分方程的离散化方法、求解方程、贴体坐标的建立，边界条件的处理等等。
参见图3，该局部的结构示意图中包括：储罐局部和地基局部；储罐局部包括：罐壁板310、边缘板320、中幅板330，其中，边缘板320分为两部分，以罐壁板310为分界线，边缘板320位于储罐内部的部分称为内边缘板，边缘板320位于储罐外部的部分称为外边缘板；地基局部包括：沥青砂绝缘层及砂垫层340、压实回填土350和钢筋混凝土环墙360。
在进行分析时，以目标参数为已知量，钢筋混凝土环墙360的宽度和外边缘板宽度为变量，获得对应的底板(边缘板320和中幅板330)和壁板(罐壁板310)连接处(即为壁板与边缘板之间的焊接处)的应力变化数据，并将三者之间数据上的变化关系作为对应变化关系。
另外，不难理解的是，此处的应力变化数据包括内边缘板在底板和罐壁板310连接处的应力变化数据(下文简称第一应力变化数据)、外边缘板在底板和罐壁板310连接处的应力变化数据(下文简称第二应力变化数据)。
150、根据所述对应变化关系获取所述地基的环墙宽度和所述外边缘板的宽度。
需要说明的是，通过对这种对应变化关系进行分析，从中选取出最优的结果，并基于最优结果完成储罐的设计。
可见，本实施例通过建立三维有限元模型对储罐对应的物理系统的几何和载荷工况进行数值模拟与分析，可以弥补理论计算模型的不足及实际测量的误差，与现有技术相比，能避免底板与壁板的连接处因应力过大而发生破裂，具有提高储罐结构安全性的优点。
图4示出了本发明另一实施例提供的储罐设计方法的流程示意图，参见图4，该方法可由处理器实现，具体包括如下步骤：
400、建立三维有限元模型；
步骤400与图1对应的建模步骤相同，故，此处不再对步骤400展开说明。
410、根据所述目标参数获取所述储罐的液体静压力载荷以及罐体和储罐附件的自重载荷；
420、根据所述液体静压力载荷和所述自重载荷获取施加在所述底板和所述壁板上的载荷；
430、对所述三维有限元模型配置预设边界条件；其中，所述预设边界条件为将所述地基下表面处理为全约束；
440、基于配置的预设边界条件以及施加在所述底板和所述壁板上的载荷通过所述三维有限元模型对储罐进行数值模拟与分析；
需要说明的是，数值模拟与分析包括：以所述地基的环墙宽度为常量，外边缘板的宽度为变量通过所述三维有限元模型进行计算，获取内边缘板和外边缘板在底板和壁板连接处的应力变化曲线，参见图5c，以环墙宽度为750mm为例，随着外边缘板宽度不断变化，连接处的内侧和外侧应力也相应的发生改变；
其中，内侧为内边缘板与壁板连接的一侧，外侧为外边缘板与壁板连接的一侧；
结合上一段中的原理，调整环墙宽度的值，以所述地基的环墙宽度为变量，外边缘板的宽度为变量通过所述三维有限元模型进行计算，建立包括至少一应力变化曲线对的应力变化曲线组，其中，每个应力变化曲线对由第一应力变化数据和第二应力变化数据组成，参见图5a。
450、对所述应力变化曲线组中的每个应力变化曲线对分别进行分析，获取应力变化曲线组中存在的交叉点，所述交叉点为外边缘板在底板和壁板连接处的应力与内边缘板在底板和壁板连接处的应力相同的点，参见图5b和图5c，交叉点即为两条线的交点；
460、根据交叉点对应的环墙宽度，选取出对应有最小环墙宽度的交叉点；
基于选取的多个环墙宽度，例如：600mm、650mm和750mm，其对应的内侧和外侧的径向应力变化曲线组包括三个应力变化曲线对，见图5a-5c；另外，以外边缘板的宽度不大于环墙宽度的1/2为约束条件，有些环墙宽度对应的曲线有交叉点，见图5b和图5c，有些环墙宽度对应的曲线没有交叉点，见图5a。从有交叉点的曲线对应的环墙中选择出最优的环墙宽度、以及该交叉点对应的外边缘宽度。基于成本的考虑，可从中选取环墙宽度最小的数据最为最优数据。
另外，当环墙宽度小于一定阈值时，曲线若没有交叉点，此时可增大环墙宽度，直至出现交叉点。例如：环墙宽度从600mm增加到750mm,其中的阈值可以为750mm。
470、将选取出的交叉点对应的环墙宽度作为所述地基的环墙宽度，将选取出的交叉点对应的外边缘板的宽度作为所述储罐的外边缘板的宽度。
可见，本实施例通过有限元仿真结果，在设计储罐时，综合考虑材料性能、成本等因素，对地基环墙宽度和外边缘板宽度的设计尺寸进行规划，以降低大角焊缝处最大应力，避免结构被破坏，同时实现材料性能的充分利用。
下面结合实例对本方案进行详细说明：
以10×104m3的大型外浮顶立式圆筒形原油储罐为研究对象，公称直径80m，罐壁高度21.8m，设计液位高度19.8m。
1、建立大型非锚固储罐有限元全模型
同时考虑环墙式地基、加强圈及肋板、抗风圈及支撑、包边角钢等所有附件的影响，其中，抗风圈及支撑、加强圈及肋板均是按照实际的几何结构进行建模，建立大型非锚固储罐有限元全模型。其中，储罐壁板、底板、抗风圈、加强圈及肋板采用4节点壳单元，罐壁顶层包边角钢、抗风圈支撑采用梁单元，地基采用三维8节点实体单元，罐底-地基间的相互作用通过接触单元进行面-面接触的模拟。
储罐的主要结构、材料参数见表1。底板外边缘板宽度假定为200mm。有限元模型见图2a和图2b。大型油罐地基的型式为环墙式基础，主要由钢筋混凝土环墙和砂土地基两部分组成，罐底板非锚固，自由搁置于储罐地基上。地基结构见图3。地基的环墙宽度假定为550mm。
表1 10×104m3储罐结构参数
2、载荷的施加和边界条件的设定
储罐底板及壁板施加液体静压力载荷，以及罐体及所有附件的自重载荷。液体静压力从液面到罐底成三角形线性分布，从上到下逐渐增大，以均布载荷的方式加到罐壁板和底板，其表达式如下：
p＝ρg(H-z) (1)
式中，p为静水压力，Pa；ρ为储液密度，kg/m3；g为重力加速度，N/kg；H为储罐内液体(储存介质)的高度，m；z为距离罐底板的轴向距离，m。
钢材弹性模量E＝2.06×1011Pa，泊松比0.3，钢材密度7850kg/m3。由于环墙式基础中两部分地基材料的压缩变形模量不同，在液体载荷和罐体自重的作用下，钢筋混凝土环墙和砂土地基的交界处会发生不均匀沉降。因此，钢筋混凝土环墙和砂土地基的弹性模量分别取2×1010Pa、1.6×107Pa。
边界条件：地基下表面处理为全约束(X、Y、Z方向位移为零)。
3、进行数值求解
采用牛顿拉普森(Newton-Raphson)方法进行迭代求解。采用罚函数法对储罐底板与地基间的接触进行求解。储罐底板与地基之间的摩擦系数取为0.2。
4、分析模拟结果
大型储罐底板与壁板连接的大角焊缝位置应力非常复杂，分为三部分：壁板处大角焊缝应力、底板内边缘板处大角焊缝应力以及底板外边缘板处大角焊缝应力。液体静压力作用下，储罐底板内边缘板处大角焊缝的径向应力最大，外边缘板处大角焊缝径向应力较小，其应力水平均受外边缘板宽度以及钢筋混凝土环墙宽度的影响。为充分发挥材料的性能，应调整外边缘板宽度以及钢筋混凝土环墙宽度，使内、外边缘板大角焊缝处应力水平相等。
提取有限元中的单元解进行应力分析。由图5b可以看出，储罐地基的钢筋混凝土环墙宽度的增大主要降低内边缘板大角焊缝处径向应力，而对外边缘板大角焊缝处径向应力几乎没有影响。环墙宽度不变时，外边缘板宽度的增加，使得内、外边缘板大角焊缝处径向应力值越来越接近。
从图5c中可以看出，当地基钢筋混凝土环墙宽度为750mm时，随着外边缘板宽度的增加，内、外边缘板大角焊缝处径向应力曲线发生相交，且达到一定板宽时，两条曲线趋于水平，此时，应力大小趋于稳定，不再受外边缘板宽度的影响。
上述分析表明，储罐地基的钢筋混凝土环墙宽度和底板外边缘板宽度对底板弯曲应力有很大影响，一定的环墙宽度和底板外边缘板宽度有利于大角焊缝处应力的释放和平均，这样才能达到充分利用储罐材料的目的。
根据有限元仿真计算结果，对于10×104m3大型储罐，基于表1的实际设计尺寸，当环墙宽度为630mm～750mm，外边缘板宽度为240mm～290mm时，能实现内、外边缘板大角焊缝处径向应力水平的相同。因此，在储罐设计时，建议综合考虑材料性能和成本等因素，根据上述分析选取合理的环墙宽度和外边缘板宽度，以降低大角焊缝处最大应力，避免结构破坏，同时实现材料性能的充分利用。
对于方法实施方式，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施方式并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施方式，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施方式均属于优选实施方式，所涉及的动作并不一定是本发明实施方式所必须的。
图6示出了本发明一实施例提供的储罐设计装置的结构示意图，参见图6，该装置包括：获取模块610、建模模块620、预处理模块630、分析模块640和处理模块650，其中：
获取模块610，用于获取罐体、储罐附件、地基以及储存介质的目标参数；
建模模块620，用于根据所述目标参数建立三维有限元模型；
预处理模块630，用于根据所述目标参数对所述三维有限元模型配置载荷数据和预设边界条件；
需要说明的是，预处理模块630根据所述目标参数获取所述储罐的液体静压力载荷以及罐体和储罐附件的自重载荷；根据所述液体静压力载荷和所述自重载荷获取施加在所述底板和所述壁板上的载荷，并对三维有限元模型配置预设边界条件；
其中，所述预设边界条件为将所述地基下表面处理为全约束。
分析模块640，用于根据预设边界条件以及施加在所述底板和所述壁板上的载荷，结合所述三维有限元模型对储罐应力进行数值求解与分析，获取所述地基的环墙宽度、所述储罐底板的外边缘板宽度以及所述底板的内边缘板和外边缘板在所述底板和所述储罐的壁板连接处的应力之间的对应变化关系；
处理模块650，用于根据所述对应变化关系获取所述地基的环墙宽度和所述外边缘板的宽度。
需要说明的是，在进行储罐设计时，获取模块610获取设计人员输入的或者预配置的目标参数，然后将获取的目标参数发送至建模模块620；建模模块620基于目标参数建模；然后，通过预处理模块630对模型配置载荷、约束条件等等；分析模块640通过模型对储罐进行数值模拟与分析，并将分析结果发送至处理模块650，处理模块650根据分析结果获取最优的地基环墙宽度和外边缘板的宽度。
可见，本实施例通过建立三维有限元模型对储罐对应的物理系统的几何和载荷工况进行数值模拟与分析，以弥补理论计算模型的不足及实际测量的误差，与现有技术相比，能避免底板与壁板的连接处因应力过大而发生破裂，具有提高储罐结构安全性的优点。
相应地，下面地分析模块640和处理模块650的工作原理进行详细说明：
分析模块640的工作原理如下：
根据施加在所述底板和所述壁板上的载荷以及预设边界条件通过所述三维有限元模型对储罐应力进行数值求解与分析，具体的：
以所述地基的环墙宽度为常量，外边缘板的宽度为变量通过所述三维有限元模型对储罐进行数值模拟与分析，获取内边缘板和外边缘板在底板和壁板连接处的应力变化曲线；以所述地基的环墙宽度为变量，外边缘板的宽度为变量通过所述三维有限元模型对储罐进行数值模拟与分析，建立包括至少一应力变化曲线对的应力变化曲线组。
处理模块650的工作原理如下：
对所述应力变化曲线组进行分析，获取应力变化曲线组中存在的交叉点，所述交叉点为外边缘板在底板和壁板连接处的应力与内边缘板在底板和壁板连接处的应力相同的点；根据交叉点对应的环墙宽度，选取出对应有最小环墙宽度的交叉点；将选取出的交叉点对应的环墙宽度作为所述地基的环墙宽度，将选取出的交叉点对应的外边缘板的宽度作为所述储罐的外边缘板的宽度。
可见，本实施例通过建立三维有限元模型对储罐对应的物理系统的几何和载荷工况进行数值模拟与分析，以弥补理论计算模型的不足及实际测量的误差，与现有技术相比，能避免底板与壁板的连接处因应力过大而发生破裂，具有提高储罐结构安全性的优点。
对于装置实施方式而言，由于其与方法实施方式基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施方式的部分说明即可。
应当注意的是，在本发明的装置的各个部件中，根据其要实现的功能而对其中的部件进行了逻辑划分，但是，本发明不受限于此，可以根据需要对各个部件进行重新划分或者组合。
本发明的各个部件实施方式可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本装置中，PC通过实现因特网对设备或者装置远程控制，精准的控制设备或者装置每个操作的步骤。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，并且程序产生的文件或文档具有可统计性，产生数据报告和cpk报告等，能对功放进行批量测试并统计。应该注意的是上述实施方式对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施方式。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种储罐设计方法，其特征在于，包括：
获取罐体、储罐附件、地基以及储存介质的目标参数；
根据所述目标参数建立三维有限元模型；
根据所述目标参数对所述三维有限元模型配置载荷数据和预设边界条件；
通过所述三维有限元模型对储罐进行数值模拟与分析，获取所述地基的环墙宽度、所述储罐底板的外边缘板宽度以及所述底板的内边缘板和外边缘板在所述底板和所述储罐的壁板连接处的应力之间的对应变化关系；
根据所述对应变化关系获取所述地基的环墙宽度和所述外边缘板的宽度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标参数对所述三维有限元模型配置载荷数据包括：
根据所述目标参数获取所述储罐的液体静压力载荷以及罐体和储罐附件的自重载荷；
根据所述液体静压力载荷和所述自重载荷获取施加在所述底板和所述壁板上的载荷。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设边界条件为将所述地基下表面处理为全约束。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述通过所述三维有限元模型对储罐进行数值模拟与分析，获取所述地基的环墙宽度、所述储罐底板的外边缘板宽度以及所述底板的内边缘板和外边缘板的在所述底板和所述储罐的壁板连接处的应力之间的对应变化关系包括：
以所述地基的环墙宽度为常量，外边缘板的宽度为变量通过所述三维有限元模型对储罐进行数值模拟与分析，获取内边缘板和外边缘板在底板和壁板连接处的应力变化曲线对；
以所述地基的环墙宽度为变量，外边缘板的宽度为变量通过所述三维有限元模型对储罐进行数值模拟与分析，建立包括至少一应力变化曲线对的应力变化曲线组。
5.根据权利要求4所述方法，其特征在于，所述根据所述对应变化关系获取所述地基的环墙宽度和所述储罐的外边缘板的宽度包括：
对所述应力变化曲线组进行分析，获取应力变化曲线组中存在的交叉点，所述交叉点为外边缘板在底板和壁板连接处的应力与内边缘板在底板和壁板连接处的应力相同的点；
根据交叉点对应的环墙宽度，选取出对应有最小环墙宽度的交叉点；
将选取出的交叉点对应的环墙宽度作为所述地基的环墙宽度，将选取出的交叉点对应的外边缘板的宽度作为所述储罐的外边缘板的宽度。
6.一种储罐设计装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取罐体、储罐附件、地基以及储存介质的目标参数；
建模模块，用于根据所述目标参数建立三维有限元模型；
预处理模块，用于根据所述目标参数对所述三维有限元模型配置载荷数据和预设边界条件；
分析模块，用于通过所述三维有限元模型对储罐进行数值模拟与分析，获取所述地基的环墙宽度、所述储罐底板的外边缘板宽度以及所述底板的内边缘板和外边缘板在所述底板和所述储罐的壁板连接处的应力之间的对应变化关系；
处理模块，用于根据所述对应变化关系获取所述地基的环墙宽度和所述外边缘板的宽度。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，
所述预处理模块，用于根据所述目标参数获取所述储罐的液体静压力载荷以及罐体和储罐附件的自重载荷；根据所述液体静压力载荷和所述自重载荷获取施加在所述底板和所述壁板上的载荷。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述预设边界条件为将所述地基下表面处理为全约束。
9.根据权利要求6-8任一项所述的装置，其特征在于，所述分析模块，用于以所述地基的环墙宽度为常量，外边缘板的宽度为变量通过所述三维有限元模型对储罐进行数值模拟与分析，获取内边缘板和外边缘板在底板和壁板连接处的应力变化曲线对；以所述地基的环墙宽度为变量，外边缘板的宽度为变量通过所述三维有限元模型对储罐进行数值模拟与分析，建立包括至少一应力变化曲线对的应力变化曲线组。
10.根据权利要求9所述装置，其特征在于，所述处理模块，用于对所述应力变化曲线组进行分析，获取应力变化曲线组中存在的交叉点，所述交叉点为外边缘板在底板和壁板连接处的应力与内边缘板在底板和壁板连接处的应力相同的点；根据交叉点对应的环墙宽度，选取出对应有最小环墙宽度的交叉点；将选取出的交叉点对应的环墙宽度作为所述地基的环墙宽度，将选取出的交叉点对应的外边缘板的宽度作为所述储罐的外边缘板的宽度。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710532979.0A CN109214018B (zh) | 2017-07-03 | 2017-07-03 | 一种储罐设计方法及装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710532979.0A CN109214018B (zh) | 2017-07-03 | 2017-07-03 | 一种储罐设计方法及装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109214018A true CN109214018A (zh) | 2019-01-15 |
| CN109214018B CN109214018B (zh) | 2022-02-08 |
Family
ID=64992791
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710532979.0A Active CN109214018B (zh) | 2017-07-03 | 2017-07-03 | 一种储罐设计方法及装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109214018B (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110046400A (zh) * | 2019-03-22 | 2019-07-23 | 昆明理工大学 | 一种基于h-p型有限元法对混凝土重力坝进行静力特性分析的高精度数值模拟计算方法 |
| CN112179763A (zh) * | 2019-07-05 | 2021-01-05 | 中国石油化工股份有限公司 | 储罐材料应力-应变曲线获取方法及装置 |
| CN112949128A (zh) * | 2021-03-03 | 2021-06-11 | 中铁十八局集团有限公司 | 一种lng储罐的外罐模型有限元分析方法 |
| CN113626941A (zh) * | 2020-05-06 | 2021-11-09 | 中国石油化工股份有限公司 | 储罐底板厚度获取方法及装置 |
| CN116384286A (zh) * | 2023-06-05 | 2023-07-04 | 中建安装集团黄河建设有限公司 | 一种储罐抗风圈加固分析方法、介质、系统及加固方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102012109015B3 (de) * | 2012-09-25 | 2013-12-05 | WEW Westerwälder Eisenwerk GmbH | Tankcontainer |
| CN103692095A (zh) * | 2013-12-11 | 2014-04-02 | 中国化学工程第四建设有限公司 | 大型单盘式外浮顶储罐安装施工方法 |
-
2017
- 2017-07-03 CN CN201710532979.0A patent/CN109214018B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102012109015B3 (de) * | 2012-09-25 | 2013-12-05 | WEW Westerwälder Eisenwerk GmbH | Tankcontainer |
| CN103692095A (zh) * | 2013-12-11 | 2014-04-02 | 中国化学工程第四建设有限公司 | 大型单盘式外浮顶储罐安装施工方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 李金龙: "20×104m3储罐设计中关键部位应力有限元分析", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅰ辑》 * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110046400A (zh) * | 2019-03-22 | 2019-07-23 | 昆明理工大学 | 一种基于h-p型有限元法对混凝土重力坝进行静力特性分析的高精度数值模拟计算方法 |
| CN112179763A (zh) * | 2019-07-05 | 2021-01-05 | 中国石油化工股份有限公司 | 储罐材料应力-应变曲线获取方法及装置 |
| CN113626941A (zh) * | 2020-05-06 | 2021-11-09 | 中国石油化工股份有限公司 | 储罐底板厚度获取方法及装置 |
| CN112949128A (zh) * | 2021-03-03 | 2021-06-11 | 中铁十八局集团有限公司 | 一种lng储罐的外罐模型有限元分析方法 |
| CN116384286A (zh) * | 2023-06-05 | 2023-07-04 | 中建安装集团黄河建设有限公司 | 一种储罐抗风圈加固分析方法、介质、系统及加固方法 |
| CN116384286B (zh) * | 2023-06-05 | 2023-08-22 | 中建安装集团黄河建设有限公司 | 一种储罐抗风圈加固分析方法、介质、系统及加固方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109214018B (zh) | 2022-02-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109214018A (zh) | 一种储罐设计方法及装置 | |
| CN109214020B (zh) | 一种储罐弹塑性象足屈曲临界载荷获取方法及装置 | |
| CN105404758B (zh) | 一种基于有限单元法的固体连续介质变形的数值模拟方法 | |
| CN109753670B (zh) | 地基沉降后非锚固储罐强度评价方法及装置 | |
| CN103964311B (zh) | 工程设备及其整机稳定性检测方法和装置 | |
| Azzuni et al. | Comparison of the shell design methods for cylindrical liquid storage tanks | |
| CN109214033A (zh) | 地基沉降后储罐变形评价方法及装置 | |
| CN110499921A (zh) | 多层空间曲面网壳骨架支撑式膜结构屋面施工方法 | |
| CN112182731A (zh) | 非极限状态二维边坡稳定性评价方法 | |
| Sondej et al. | Stability analyses of a cylindrical steel silo with corrugated sheets and columns | |
| Ukritchon et al. | Optimal design of Reinforced Concrete Cantilever Retaining Walls considering the requirement of slope stability | |
| CN104404940B (zh) | 一种深厚土层高压防水自稳型荷载测试装置 | |
| CN204370398U (zh) | 一种深厚土层高压防水自稳型荷载测试装置 | |
| Kovačević et al. | FEM modeling and analysis in prevention of the waterway dredgers crane serviceability failure | |
| CN104834830A (zh) | 液化场地斜直交替群桩-土-结构数值计算模型 | |
| CN108387204A (zh) | 地基沉降下储罐罐体应变模拟设备及方法 | |
| CN103729504A (zh) | 基于模态引入初始缺陷的海底管线三维静态数值模拟方法 | |
| Petrović et al. | Assessment of the maximum possible extension of bucket wheel SchRs740 boom based on static and dynamic calculation | |
| Ming et al. | Research on Prediction and Optimization Design Method of Slip Anchoring Performance Based on BP&NSGA-II | |
| Fang et al. | Effect of weld on axial buckling of cylindrical shells | |
| WO2021046849A1 (zh) | 一种建筑支吊架抗震优化方法 | |
| CN116910880A (zh) | 管道吊装下沟可行性分析方法及系统 | |
| CN103699748A (zh) | 撬装化工厂框架吊装点位置的确定方法 | |
| Belostosky et al. | Numerical simulation of loads and impacts, stress-strain state, strength and stability of unique structures, buildings and facilities. Experience of StaDyO research & engineering centre | |
| Tarasenko et al. | Stress-strain state of the pipe-tank system under tank bottom settlement |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20231009 Address after: 100728 No. 22 North Main Street, Chaoyang District, Beijing, Chaoyangmen Patentee after: CHINA PETROLEUM & CHEMICAL Corp. Patentee after: Sinopec (Dalian) Petrochemical Research Institute Co.,Ltd. Address before: 100728 No. 22 North Main Street, Chaoyang District, Beijing, Chaoyangmen Patentee before: CHINA PETROLEUM & CHEMICAL Corp. Patentee before: DALIAN RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM AND PETROCHEMICALS, SINOPEC Corp. |