聶增鵬

引言：伴隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，低溫液化氣體儲(chǔ)存罐在各個(gè)領(lǐng)域中被廣泛使用包括：醫(yī)藥領(lǐng)域、化工領(lǐng)域、航天航空領(lǐng)域、冶金領(lǐng)域等。液化氣體的使用量逐漸增加而且變得大型化，結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)顯得尤為重要。此論文使用有效元法對(duì)一低溫液化氣體儲(chǔ)罐進(jìn)行強(qiáng)度分析和結(jié)構(gòu)改進(jìn)研究，對(duì)其結(jié)構(gòu)提出有效的改進(jìn)措施，并針對(duì)其儲(chǔ)罐封口做出有效的改進(jìn)。

當(dāng)前低溫液化氣體儲(chǔ)罐的強(qiáng)度情況主要有以下幾種類(lèi)型：一方面，使用有限元模型對(duì)一低溫液化氣體儲(chǔ)存罐進(jìn)行應(yīng)力分析，綜合了載荷組合工況，其中的載荷有自重、風(fēng)載荷、外壓、內(nèi)壓、運(yùn)輸載荷以及地震載荷。通過(guò)分析，可以得知各載荷組合工況下儲(chǔ)罐的應(yīng)力狀況及分布，并校準(zhǔn)了鋼制壓力容器分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，分析得出，假如熱載荷存在，這一儲(chǔ)罐在連接內(nèi)外筒之間的拉筋和內(nèi)外筒體上作用應(yīng)力強(qiáng)度非常高，已經(jīng)超過(guò)了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)使用值，這一儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有不合理的地方，必要進(jìn)行改進(jìn)。另一方面，通過(guò)改進(jìn)低溫液化氣體儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)，使用增加拉板并且把扭轉(zhuǎn)拉筋換成平直拉筋，將儲(chǔ)罐內(nèi)外筒體連接方式變?yōu)樯隙斯潭ǎ露嗽撥?chē)可滑動(dòng)式。通過(guò)多次對(duì)改進(jìn)后的液化氣體儲(chǔ)罐進(jìn)行強(qiáng)度校準(zhǔn)及應(yīng)力分析，證明了在改進(jìn)過(guò)的新結(jié)構(gòu)有效的削弱了熱載荷產(chǎn)生的不利影響，而且符合載荷組合工況的校準(zhǔn)。最后，此論文對(duì)液化氣體儲(chǔ)罐外筒體下封口的線性及非線性穩(wěn)定性分析，經(jīng)過(guò)計(jì)算和分析發(fā)現(xiàn)

一、低溫液化氣體儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)分析

在傳統(tǒng)的液化氣體儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)中，基本上都存在著強(qiáng)度較低的問(wèn)題，在改進(jìn)了其連接方法，將低溫液化氣體儲(chǔ)罐實(shí)行內(nèi)外一體化之后，將原來(lái)的相關(guān)拉筋的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改變，新型的方式將拉筋和拉板二者都進(jìn)行了有效的固定，在下端也是采用的特殊方式進(jìn)行處理，其處理方式是將套筒的內(nèi)外不固定，這樣改進(jìn)的目的主要是為了消除熱應(yīng)力。在對(duì)低溫液化氣體儲(chǔ)罐進(jìn)行了改進(jìn)以后，分析有限元應(yīng)力以及強(qiáng)度，最后的結(jié)果是，在改進(jìn)后的機(jī)構(gòu)中，每一個(gè)部分都是可以完全滿足強(qiáng)度要求的。此外，改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)還有如下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：

1.1在新型結(jié)構(gòu)中，重點(diǎn)改進(jìn)了傳統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)型拉筋，改進(jìn)后的拉筋方式主要有兩種，一種是平直的拉板，另一種是平直的拉筋，這樣的改進(jìn)有效的降低了拉筋的構(gòu)筑難度系數(shù)，減少了拉筋的加工時(shí)間，有效的降低了拉筋的制造成本。

1.2在新結(jié)構(gòu)中，一共采用了八個(gè)平直拉晶和八個(gè)平直拉板，而在原來(lái)的結(jié)構(gòu)中，是采用的是三十二個(gè)拉筋，改進(jìn)后的新結(jié)構(gòu)有效的降低了拉筋的數(shù)量，這樣一方面節(jié)約了大量的拉筋原材料，另一方面也降低了拉筋的構(gòu)筑時(shí)間，減少了拉筋的焊接缺陷等問(wèn)題。

1.3在新結(jié)構(gòu)中，是采取的是內(nèi)外套筒的方式進(jìn)行連接的，這樣能有效的使內(nèi)筒體順著軸向的方向自如的收縮，能最大限度的降低熱荷載所帶來(lái)的影響，進(jìn)而提升了低溫儲(chǔ)罐的綜合承載能力。

二、低溫液化氣體儲(chǔ)罐的強(qiáng)度分析

相關(guān)的研究結(jié)合有限元的方法，對(duì)低溫液化氣體儲(chǔ)罐在外筒體下封頭受支座反力聯(lián)合以及受外力等綜合作用下，對(duì)穩(wěn)定性的非線性和線性進(jìn)行有效的分析，最后得出下面的幾點(diǎn)結(jié)論：

2.1在研究中重點(diǎn)分析了低溫液化氣體儲(chǔ)罐外筒體下，封頭所收到的荷載下，并不會(huì)產(chǎn)生相關(guān)的穩(wěn)定性破壞。

2.2在經(jīng)過(guò)線性分析以后，得到了軸向力以及臨界失穩(wěn)定性外下情況下，這二者都大于非線性的綜合分析結(jié)果。

2.3支座的存在，并不會(huì)對(duì)封頭的臨界失穩(wěn)壓力帶來(lái)任何影響。

2.4在封頭上，因?yàn)槠渫鈮喊l(fā)生失穩(wěn)，以及相應(yīng)的軸向支座反力產(chǎn)生失穩(wěn)二者之間是互不影響的，也就是說(shuō)二者之間都會(huì)發(fā)生其臨界荷載的程度。

2.5在支座上，有沒(méi)有墊板對(duì)封頭的臨界造成不穩(wěn)定的外壓影響幾乎可以忽略不計(jì)，但是，墊板能有效的提升封頭的臨界失穩(wěn)產(chǎn)生軸向力。

三、結(jié)論

在本次研究中，采取了有限元法來(lái)對(duì)一個(gè)低溫液化氣體儲(chǔ)罐進(jìn)行了強(qiáng)度和應(yīng)力分析，同時(shí)提出了結(jié)構(gòu)更為合理的措施，提升了低溫液化氣體儲(chǔ)罐的綜合承載能力，同時(shí)，非線性和線性兩種方法，對(duì)低溫液化氣體儲(chǔ)罐的荷載能力進(jìn)行了大量研究和分析，得出了下面的結(jié)論。

3.1在強(qiáng)度分析方面，重點(diǎn)分析了八種不同的荷載組合，涉及的荷載是非常多的，包括熱載荷、外壓、內(nèi)壓、地震荷載、風(fēng)荷載以及運(yùn)輸荷載等等。在經(jīng)過(guò)計(jì)算后，得到了不同荷載在低溫儲(chǔ)罐中的應(yīng)力分布情況，結(jié)合相關(guān)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展了強(qiáng)度校荷，結(jié)果顯示，在以前的低溫儲(chǔ)罐的熱荷載的作用下，應(yīng)力的強(qiáng)度時(shí)非常之高的，大大的超越了相應(yīng)的數(shù)值，通過(guò)分析后得出，傳統(tǒng)的低溫儲(chǔ)罐在結(jié)構(gòu)方面存在著諸多的不足，需要對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行不斷的優(yōu)化。

3.2對(duì)原低溫儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)做出改進(jìn)，將原來(lái)的扭轉(zhuǎn)拉筋結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的改變，其上端采取拉筋固定和拉板，下端則采取內(nèi)外套筒的不固定方式的組合，對(duì)優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度校核和應(yīng)力進(jìn)行分析，結(jié)果得出，在改進(jìn)以后的機(jī)構(gòu)中，不同種類(lèi)的荷載組合都通過(guò)最最終的校核。同時(shí)，新結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變了原來(lái)扭轉(zhuǎn)拉筋轉(zhuǎn)變?yōu)榱死搴推街崩?，這樣最大限度的降低了拉筋的構(gòu)筑難度系數(shù)，減少了加工時(shí)間，節(jié)約了制造成本，同時(shí)減少了拉筋的綜合數(shù)量，有效的節(jié)約了鋼材，進(jìn)而縮短了在施工過(guò)程中焊接拉筋的周期，進(jìn)而降低了出現(xiàn)焊接缺陷的可能以及應(yīng)力集中現(xiàn)象。

四、總結(jié)

在進(jìn)行了低溫液化氣體儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)改造和強(qiáng)度分析以后，取得了一些客觀的成果，但是，所進(jìn)行的研究還有很多可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的地方。包括在封頭方面，或者在支座等方面，如何分析這些技術(shù)性較為高的課題是未來(lái)必須要解決的問(wèn)題，同時(shí)，不同荷載組合之間的穩(wěn)定性如何進(jìn)行分析也是一個(gè)需要突破的課題，還需要相關(guān)的研究人員或者研究結(jié)構(gòu)進(jìn)一步進(jìn)行研究和探索。

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（作者單位：重慶欣雨壓力容器制造有限責(zé)任公司）