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1、设计计算球形储罐的分析设计李永泰,黄金国(合肥通用机械研究所,安徽合肥230031)摘要:通过完成的十几台球罐的分析设计,对球罐的分析设计基本方法进行了综述,提出了设计中一些值得注意的问题,以供同行参考。关键词:球罐;支柱结构;开孔结构;有限元;应力分析;应力分类中图分类号:TQ050.2文献标识码:A文章编号:1001-4837(2003)05-0034-03SphericalTankDesignbyAnalysisLIYong-tai,HUANGJin-guo(HefeiGeneralMachineryResearchInstitute,Hefei230031,C
2、hina)Abstract:Havingcompletedmanysphersistankdesignsbyanalysisrecently,wehadgetsomebasicmethodsof3designbyanalysis.Inthispaper,a1000moxygensphericaltank,whichwastakenasanexample,hadbeenanalyzedbymeansofthe3-dimensionalfiniteelementofANSYSstructureanalysissoftware,andhadbeendiscussedonaf
3、ewhands.Manyideawasvaluableandgoodreferenceforthereasonabledesignofsphericaltankwasgiven.Keywords:sphericaltank;supportstructure;perforatio;finitedelement;stressanalysis;stresscategory厚度及刚度较大,重力载荷在支柱与球壳连接处产1引言生较大的附加应力,球罐厚度应有较大的裕量。球罐的分析设计有三个要解决的关键问题(常2.2支柱和支柱与球壳连接结构尺寸规设计也相同),一是球壳厚度的确定,按膜
4、应力计根据压力试验工况球罐重量和操作工况球罐重算的球壳厚度是否需要向上圆整,圆整多少;二是支量及球罐的大小初步确定支柱个数、支柱直径和壁柱及支柱与球壳连接结构的确定,使支柱与球壳连厚,支柱与球壳连接结构,大型重介质(液体)球罐,接处的应力满足强度要求并使支柱应力满足稳定性支柱与球壳连接处下部(连接板或托板)要注意,在要求;三是开孔补强结构的设计。本文主要针对这该处重力和内压力产生应力是相迭加的,为了减小3三个问题,以1000m氧气球罐分析设计为例,就球该处的应力,应减小连接部分的刚度;大型轻介质罐分析设计的基本方法作些叙述。(气体)球罐,支柱与球壳连接处上部(支柱帽)
5、也要注意,为了减小该处支柱对球罐约束产生的附加应2球罐分析设计结构初始尺寸的确定力,适当减小支柱帽的厚度。2.1球壳厚度2.3开孔补强结构按球罐下极点的膜应力计算的球壳厚度,加上按等面积法(可以略小于开孔面积)初步确定开腐蚀裕度和钢板负偏差,适当向上圆整,作为球壳的孔补强结构尺寸,对需要进行疲劳分析的球罐要特初始厚度,对于大型重介质(液体)球罐,支柱直径和别注意。·34·第20卷第5期压力容器总第126期虑附件和积雪质量,计算球壳材料的当量密度(要考3载荷分析虑壁厚附加量部分的质量),三维有限元分析力学模(1)压力介质静压力(介质重力);(2)球罐结构型见图2,通过三
6、维有限元分析计算,可求得正常操重力;(3)雪载;(4)风载(计算方法参照GB12337);作工况球罐结构变形和应力。(5)地震载荷(计算方法参照GB12337)根据JB4732规定,不需要考虑风载和地震载荷偶合。4球罐整体结构应力的有限元分析分别对压力试验工况、正常操作工况、地震(风)操作工况进行球罐结构应力分析。一般情况球罐安装好,热处理检验合格后预紧拉杆,在充装压力试验介质和操作介质的过程中拉杆会松弛,拉杆对球罐结构应力影响较小,因此,在压力试验工况和正常操图2正常操作工况有限元分析力学模型作工况,忽略拉杆的影响;在风载和地震载荷作用4.3地震(风)操作工况有限元
7、分析下,只有迎风侧拉杆起作用,在地震(风)操作工况,参照GB12337球罐设计仅考虑烈度大于等于7考虑迎风侧拉杆的作用。球罐所有开孔接管集中在的地震,按JB4732不考虑风载和地震载荷偶合,仅上极和下极,影响是局部的,在整体结构应力分析中考虑大者。风载按余弦分布作用于迎风侧球壳外不考虑开孔接管的影响。壁;球罐结构体水平地震力处理为水平重力,介质水4.1压力试验工况有限元分析平惯性力处理为球壳内壁的水平方向静压力(广义考虑结构和受力(结构重力、介质重力、介质压的讲,重力也是一种惯性力),结构重力和介质重力力)的对称性,可取半个支柱相关联的球罐结构体,与
