随着油罐的大型化,其潜在的风险也越来越大,这种大型油罐一旦破裂,就会造成重大损失。为确保大型油罐的安全,需要对油罐的静强度及地震响应进行进一步的研究。 本文以“15×10~4m~3油罐安全分析”这一项目为契机,对大型油罐进行了应力测试和应力分析,并对油罐的动力问题进行了初步研究。主要工作为: (1) 为考虑油罐底板对第二圈壁板应力的影响,提出了一种基于组合圆柱壳理论的大型油罐应力分析方法。该方法将第一圈壁板视为短圆柱壳,其它圈壁板视为长圆柱壳,底板则采用刚性—弹性地基梁耦合模型,将底板、第一圈壁板及第二圈壁板联合建模求解,获得了油罐壁板与底板的应力计算公式。 (2) 采用轴对称有限元法计算了油罐的整体应力,引入接触单元法模拟地基与底板的相互作用。同时用接触单元法模拟了大角焊缝未焊透区中壁板与底板的相互作用,得出未焊透区的影响范围为60mm。油罐开孔部位的应力不能再采用轴对称有限元法进行计算,为准确有效地计算油罐开孔部位的应力,引入了子模型法。 (3) 在15×10~4m~3油罐试水期间进行了应力测试,获得了大量实测数据。测试值、理论计算值及有限元计算值吻合的较好,这表明测试、理论计算和有限元分析法是可靠的。 (4) 采用三维有限元法计算大型油罐固液耦合系统的动力特性。研究了不同储液密度、不同液面深度对系统固有频率的影响,得出以下结论:储液密度越大油罐固液耦合振动固有频率越低,罐内液面越高固液耦合振动固有频率越低。 (5) 用有限元法模拟15×10~4m~3油罐的地震时程响应。研究了油罐在地震激励下的动水压力分布,同时对自由液面的晃动进行了初步分析。在地震过程中罐壁上部会出现较大的负压,这可能是罐壁上部易出现“菱形屈曲”的原因。