本发明专利技术的目的在于提供一种水平激励下带隔板储液罐动力学建模及减晃优化方法，包括S1：建立流体各子域速度势函数，计算流体晃动压力对储罐结构产生的合剪力与合力矩；S2：建立带隔板储罐内流体晃动力学模型，推导模型中各等效质量及其高度的解析表达式；S3：以储罐基底剪力和基底弯矩为优化目标，通过遗传算法获得储罐内减晃隔板最优位置的解析解。本发明专利技术根据合力与合力矩等效原理获取等效模型中流体质量及其相对于储罐底板高度、弹簧刚度的解析表达式，基于等效力学模型获取带减晃结构储罐地震响应的精确结果。对减晃结构参数进行优化使得基底剪力和基底弯矩达到最小值，减小储罐结构抗震设计安全隐患，提高储罐抗震性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于储液罐减晃系统应用，尤其涉及一种水平激励下带隔板储液罐动力学建模及减晃优化方法。
技术介绍
1、石油是发展必不可少的基础能源，目前大型储油罐建设逐渐向沿海地区发展，由于地震波周期成份丰富，罐-液晃动周期长，其抗震性能仍是极为重要的工程设计指标。
2、当地震激励频率接近储液晃动的固有频率时，自由液面共振晃动产生的动水压力会导致储液结构破坏，储液出现飞溅、剥离和外溢等不利现象，甚至引发爆炸、火灾和环境污染等灾难，事故带来的损失常常远超储罐本身的经济价值。因此，工程中常在储罐内安装隔板来抑制储液晃动，并可提高储液结构刚度。
3、为了避免流体晃动的复杂计算，需要建立一种简化的储液系统流-固耦合分析模型，便于工程设计应用。此种等效模型与原储液系统内连续流体具有相同的作用效应，包括流体晃动对储罐结构产生的合力与合力矩。等效模型将储液晃动分为两部分，即以随罐体作同步运动的脉冲质量和反映储液自由晃动的弹簧-质量单元来分别模拟脉冲和对流晃动。housner模型利用弹簧-质量体系来描述无隔板圆柱形储罐内连续流体晃动，该模型物理意义清晰，计算简单，其分析方法已成为诸多国家储罐抗震设计规范的理论基础。然而对于带有减晃结构(隔板)的储罐，隔板的存在导致形状单一的流体域变得复杂，目前关于带减晃结构储罐内流体晃动等效力学模型的研究工作相对较少。若直接使用housner模型必将导致储罐动力特性及其地震响应产生难以控制的误差，从而给储罐结构抗震设计带来一定的安全隐患。
技术实现思路
1、专利技术目的：为了克服现有技术中的不足，本专利技术提出一种水平激励下带隔板储液罐动力学建模及减晃优化方法，旨在解决如何设计一种适用于地震激励的储罐减晃等效模型的技术问题，并且可以推导带水平环形隔板圆柱形储罐及其他构造储罐等效力学模型的方法，从而获得精确的储罐地震响应结果，减少储油基地安全隐患。
2、技术方案：本专利技术的一种水平激励下带隔板储液罐动力学建模及减晃优化方法，包括如下步骤：
3、步骤1、利用流体子域划分法获得储液罐内各子域流体速度势函数一般解，结合子域界面上速度和压力连续条件，获得流体晃动响应方程；
4、步骤2、基于水平激励下与原储液罐体系产生相同的动水剪力和动水弯矩原理，建立流体晃动弹簧-质量等效力学模型，推导模型中各力学参数表达式，获得储液罐内流体晃动响应精确解；
5、步骤3、确定基底剪力和基底弯矩为目标函数，基于流体晃动弹簧-质量等效力学模型计算结果，优化设计减晃隔板参数，评估带隔板储罐结构的地震响应性能，通过终端控制系统输入隔板位置，达到自动调节隔板最优高度来控制储罐基底受力最小的优化目标。
6、进一步的，步骤1具体为：
7、利用流体子域划分法，流体域被m个圆形人工界面和m+1个柱形人工界面划分为具有边界条件的2m+2个流体子域，使各子域内流体有连续的界面条件，m+1个环柱形流体子域由下至上定义为ω1,ω3,...,ω2m+1；m+1个柱形流体子域由下至上定义为ω2,ω4,...,ω2m+2；γ1,γ2,...,γm+1表示由下至上的m+1个柱形人工界面；γm+2,γm+3,...,γ2m+1表示由下至上的m个圆形人工界面，γ2m+2和γ2m+3分别为子域ω2m+2和ω2m+1的自由表面；
8、假定罐内部分充有无粘、无旋和不可压缩的理想流体，建立流体速度势φi(r,θ,z,t)在柱坐标系下的laplace方程、自由液面线性晃动条件以及各子域交界面上连续条件：
9、
10、式中，r表示柱坐标系中半径，z表示柱坐标系中高度，hm+1表示流体深度，nl表示流体域的单位法向量；
11、将流体速度势φi分解为对流速度势和脉冲速度势之和根据对流速度势满足的控制方程以及边界条件，将其按自由晃动模态进行展开：
12、
13、式中，qn(t)为关于时间的广义坐标，为流体子域ωi的晃动模态，通过积分消除空间坐标，并结合晃动模态正交性建立动力响应方程u0(t)表示储液罐所受的水平激励，m1n和k1n分别表示第n阶流体晃动模态对应的广义质量和广义刚度：
14、
15、进一步的，步骤2具体为：
16、结合伯努利方程获得流体对储罐侧壁合力fwall以及作用在侧壁、罐底和隔板上下表面上液动压力产生的动水弯矩mwall、mbottom和mbaffle：
17、
18、式中，ρ为流体密度，r2表示储液罐内半径，a1n、b1n、c1n和d1n分别定义为：
19、
20、式中，hm和hm-1分别表示第m层和第m-1层隔板高度，r1表示隔板内半径。考虑流体晃动响应方程可整理为其中表示等效动力学模型的第n阶对流质量，表示与侧壁相连的第n阶对流质量的弹簧刚度，表示第n阶等效对流质量相对于侧壁的水平位移；
21、将代入基底剪力以及作用在侧壁、罐底和隔板上下表面上液动压力产生的动水弯矩表达式，并进行级数截断：
22、
23、式中，n为截断项数，等号右边第一项和第二项分别为对流质量和脉冲质量对动水剪力的贡献；
24、通过产生与精确结果相同的动水剪力和动水弯矩，建立任意水平激励下带环形隔板圆柱形储罐中流体晃动等效动力学模型，模型中各力学参数表达式为：
25、
26、式中，ω1n为对应于晃动模态的固有频率，表示等效动力学模型中脉冲质量，表示第n阶对流质量的等效高度，表示脉冲质量的等效高度。
27、进一步的，步骤3具体为：
28、基于流体晃动等效动力学模型，储罐内动水剪力fx和动水弯矩my表达式分别有：
29、
30、确定基底剪力和基底弯矩为目标函数，基于储罐系统等效动力学模型计算结果，通过遗传算法获得储罐内减晃隔板最优位置的解析解，优化设计减晃隔板参数，使得储罐基底剪力和基底弯矩达到最小，评估带隔板储罐结构的地震响应性能，通过终端控制系统输入隔板位置，达到自动调节隔板最优高度来控制储罐基底受力最小的优化目标。
31、本专利技术还公开一种水平激励下带隔板储液罐动力学建模优化系统，包括：
32、流体晃动响应模型获取模块，用于利用流体子域法获得各简单子域流体速度势函数一般解，结合子域界面上速度和压力连续条件，获得流体晃动响应方程；
33、等效力学模型获取模块，用于建立水平激励下流体晃动弹簧-质量等效力学模型，推导模型中各力学参数表达式，获得储罐内流体晃动响应精确解；
34、减晃隔板参数优化模块，用于确定基底剪力和基底弯矩为目标函数，基于储罐系统等效动力学模型计算结果，优化设计减晃隔板参数，评估带隔板储罐结构的地震响应性能。
35、本专利技术还公开一种电子设备及计算机可读存储介质，包括：
36、存储器、处理器及其运行的计算机指令，处理器运行所述计算机指令时，完成水平激励下带隔本文档来自技高网
...
【技术保护点】
1.一种水平激励下带隔板储液罐动力学建模及减晃优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种水平激励下带隔板储液罐动力学建模及减晃优化方法，其特征在于，步骤1具体为：
3.根据权利要求1所述的一种水平激励下带隔板储液罐动力学建模及减晃优化方法，其特征在于，步骤2具体为：
4.根据权利要求1所述的一种水平激励下带隔板储液罐动力学建模及减晃优化方法，其特征在于，步骤3具体为：
5.一种根据权利要求1所述的水平激励下带隔板储液罐动力学建模优化系统，其特征在于，包括：
6.一种电子设备及计算机可读存储介质，其特征在于，包括：
【技术特征摘要】
1.一种水平激励下带隔板储液罐动力学建模及减晃优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种水平激励下带隔板储液罐动力学建模及减晃优化方法，其特征在于，步骤1具体为：
3.根据权利要求1所述的一种水平激励下带隔板储液罐动力学建模及减晃优化方法，其特征在于，步...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙颖，仲成功，周叮，宫海，葛亮，程浩，王佳栋，王轶，郑泮豪，李世润，余厚军，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。