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基于ALE方法的储液罐地震动力响应分析

作　者: 胡振兴
导　师: 李振环
学　校: 华中科技大学
专　业: 工程力学
关键词: 储液罐地震液固耦合 ALE方法
分类号: TU311.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

大型立柱式储液罐被广泛应用于石油、化工、冶金、仓储等行业。在地震中,储液罐震害时有发生并可能引发严重的次生灾害。因此,有必要对其在地震作用下的动态响应进行深入的研究,为其抗震设计、震害评估提供理论和技术支持。在立柱式储液罐抗震设计中,一般对液体和罐壁之间的相互作用进行简化处理,并且对地基的影响做了简化,由此导致的计算误差可能导致较大的震害风险。为了模拟储液罐中液体的大幅晃动以及液体-结构之间的相互作用(FSI),本文采用任意拉格朗日-欧拉方法(ALE)对大型立柱式储液罐在地震载荷作用下的动力响应进行有限元计算,液体可能到达的区域使用ALE网格划分,液体和罐壁之间采用ALE方式耦合。为了考虑地基与储液罐之间的相互作用,建模时考虑了储液罐周边地基,地基周围用土弹簧约束,地震波直接施加在地基上。在此基础上,采用MSC.DYTRAN?商用软件,对液体-储液罐-地基复合系统在唐山波、EI-Centro波以及汶川波作用下的动力响应进行了详细的分析,本文的主要工作有:1.对某典型立柱式储液罐在水平地震波激励下的动力响应进行了计算分析。结果表明:罐内液体在地震激励下以自身固有频率晃动,激励频率越小,晃动幅度越大;在地震作用下,罐壁发生晃动倾斜时,罐壁底端最大轴向应力和最大环向应力远大于平常稳态值,造成罐底失稳并发生典型的“象足”型屈曲破坏。通过对罐底剪力的比较,发现通过抗震设计规范得到的值小于当前的计算值。2.研究了储液高度对储液罐在地震载荷作用下动态响应的影响。结果表明:液体高度增大,动液系数变小,自由液面的晃动剧烈程度变小,罐壁的最大应力变大,罐底水平剪力最大值变小。3.针对刚刚发生的汶川地震波,计算并分析了某大型立柱式储液罐体系的动力学时程响应。结果表明,在汶川地震波激励下,液体晃动幅度较大,且在罐壁附近较为剧烈,罐壁的最大Mises等效应力接近屈服值,罐底水平剪力最大值较大。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1、绪论  9-15
  1.1 选题的背景  9-10
  1.2 国内外研究进展  10-14
  1.3 主要研究工作  14-15
2、储液罐在水平地震作用下的时程分析  15-40
  2.1 ALE 有限元法  15-16
  2.2 ALE 网格运动  16-19
  2.3 问题描述和几何模型  19-20
  2.4 有限元模型建立  20-24
  2.5 初始稳态计算  24-30
  2.6 地震时程分析  30-40
3、罐内液体高度对储液罐的地震响应影响  40-45
  3.1 对罐内液体晃动的影响  40-41
  3.2 对罐壁应力的影响  41-43
  3.3 对罐底剪力的影响  43-44
  3.4 本章小结  44-45
4、储液罐在水平和竖向汶川地震作用下的时程分析  45-53
  4.1 模型修改  45-46
  4.2 地震载荷  46-47
  4.3 计算结果  47-53
5、总结和展望  53-55
  5.1 总结  53-54
  5.2 展望  54-55
致谢  55-56
参考文献  56-59

基于ALE方法的储液罐地震动力响应分析

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