一种储罐弹塑性象足屈曲临界载荷获取方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

A Method and Device for Obtaining Critical Buckling Load of Elasto-plastic Elephant Foot of Storage Tanks

The embodiment of the invention discloses a method and device for obtaining elastic-plastic elephant foot buckling critical load of a storage tank. The methods include: obtaining the structural parameters of tanks, tank accessories and foundations; establishing the full finite element model according to the geometric structure and material stress-strain relationship of the structural parameters; setting load and maximum circumferential stress on the full finite element model, and setting preset boundary conditions on the full finite element model; taking the data of axial pressure load as the input variable of the full finite element model. The elastic-plastic buckling process of the tank is analyzed, and the corresponding change data between the axial compressive stress on the tank wall and the deformation of the tank wall are obtained. The critical load of the tank is obtained according to the corresponding change relationship. The embodiment of the present invention simulates and analyses the critical load which makes the tank wall enter the elastic-plastic Elephant Foot Buckling by establishing the full finite element model and setting the attribute data and other restrictive conditions of the tank, and then taking the axial pressure load data as the input of the model. It has the advantages of high simulation veracity and accurate calculation results.

【技术实现步骤摘要】
一种储罐弹塑性象足屈曲临界载荷获取方法及装置
本专利技术实施例涉及石油化工
，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。
技术介绍
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。在实现本专利技术实施例的过程中，专利技术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σcr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，专利技术人发现，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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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；根据所述固有的载荷数据和预设的第一载荷数据获取第二载荷数据，并将所述第二载荷数据作为变量施加至所述有限元全模型。可选的，所述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包括：根据所述结构参数包括的储罐、储罐附件的结构尺寸和材料参数对所述有限元全模型设置所述储罐和储罐附件的自重载荷；根据所述储罐的结构尺寸对所述有限元全模型设置存储介质的液体静压力载荷；相应地，所述对所述有限元全模型设置最大环向应力包括：通过对所述有限元全模型设置液体静压力对所述有限元全模型的罐壁设置最大环向应力。可选的，所述液体静压力为所述储罐在最高液位时的液体静压力。可选的，所述预设边界条件为地基下表面处理为全约束。可选的，所述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包括：对储罐发生弹塑性象足屈曲的过程进行求解与分析，获取储罐罐壁的轴向压应力变化数据，并同步采集所述储罐罐壁的形变变化数据。可选的，所述根据所述对应变化数据获取所述储罐的弹塑性屈曲临界载荷包括：对所述对应变化数据进行分析，获取所述轴向压应力和所述储罐罐壁的轴向位移，或者，所述轴向压应力和所述储罐罐壁的径向位移之间的对应变化关系；根据所述对应变化关系获取所述储罐罐壁的屈曲点，并将所述屈曲点对应的轴向压应力作为所述储罐的弹塑性屈曲临界载荷。本专利技术实施例提出了一种储罐弹塑性象足屈曲临界载荷获取装置，包括：获取模块，用于获取储罐、储罐附件和地基的结构参数；建模模块，用于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；设置模块，用于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；分析模块，用于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；处理模块，用于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，所述分析模块，用于对储罐发生弹塑性象足屈曲的过程进行求解与分析，获取储罐罐壁的轴向压应力变化数据，并同步采集所述储罐罐壁的形变变化数据。可选的，所述处理模块，用于对所述对应变化数据进行分析，获取所述轴向压应力和所述储罐罐壁的轴向位移，或者，所述轴向压应力和所述储罐罐壁的径向位移之间的对应变化关系；根据所述对应变化关系获取所述储罐罐壁的屈曲点，并将所述屈曲点对应的轴向压应力作为所述储罐的弹塑性屈曲临界载荷。由上述技术方案可知，本专利技术实施例提出的一种储罐弹塑性象足屈曲临界载荷获取方法及装置基于储罐、储罐附件和地基的几何结构和材料的应力应变关系建立有限元全模型，然后对有限元全模型设置载荷、预设边界条件和罐壁的最大环向应力，然后以变化的轴向载荷数据为有限元全模型的输入，模拟分析出使得储罐进入弹塑性象足屈曲的临界载荷，与现有技术相比，具有模拟真实度高、计算结果精确的优点。附图说明通过参考附图会更加清楚的理解本专利技术的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本专利技术进行任何限制，在附图中：图1示出了本专利技术一实施例提供的一种储罐弹塑性象足屈曲临界载荷获取方法的流程示意图；图2示出了本专利技术另一实施例提供的一种储罐弹塑性象足屈曲临界载荷获取方法的流程示意图；图3a和图3b示出了本专利技术一实施例提供的有限元全模型的结构示意图；图4a和图4b示出了本专利技术一实施例提供的有限元全模型中储罐附件的结构示意图；图5示出了本专利技术一实施例提供的象足屈曲状态下的有限元全模型的结构示意图；图6示出了本专利技术一实施例提供的载荷-位移曲线的示意图；图7示出了本专利技术一实施例提供的一种储罐弹塑性象足屈曲临界载荷获取装置的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。图1示出了本专利技术一实施例提供的一种储罐弹塑性象足屈曲临界载荷获取方法的流程示意图，参见图1，该方法可由处理器实现，具体包括如下步骤：110、获取储罐、储罐附件和地基的结构参数；其中，储罐附件包括加强圈、抗风圈、肋板等等。需要说明的是，在着手准备建立某储罐的有限元全模型之前，储罐真实的结构参数均是可以预先获取的，例如：罐体的材料、中幅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种储罐弹塑性象足屈曲临界载荷获取方法，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.一种储罐弹塑性象足屈曲临界载荷获取方法，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，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；根据所述固有的载荷数据和预设的第一载荷数据获取第二载荷数据，并将所述第二载荷数据作为变量施加至所述有限元全模型。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述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包括：根据所述结构参数包括的储罐、储罐附件的结构尺寸和材料参数对所述有限元全模型设置所述储罐和储罐附件的自重载荷；根据所述储罐的结构尺寸对所述有限元全模型设置存储介质的液体静压力载荷；相应地，所述对所述有限元全模型设置最大环向应力包括：通过对所述有限元全模型设置液体静压力对所述有限元全模型的罐壁设置最大环向应力。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述液体静压力为所述储罐在最高液位时的液体静压力。5.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地基下表面处理为全约束。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过所述有限元全模型对储罐发生弹塑性象足屈曲的过...

【专利技术属性】
技术研发人员：石磊，王晓霖，王勇，李明，奚旺，吕高峰，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司大连石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11