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低温液化气体储罐强度分析和结构改进

作　者: 魏冬雪
导　师: 钱才富
学　校: 北京化工大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 低温储罐强度分析结构改进稳定性分析非线性有限元法
分类号: TE972
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

低温液化气体储罐在化工、冶金、医药、航空航天等行业中有着广泛的应用。随着国内外经济的不断发展,液化气体的存储规模不断增加,低温液化气体储罐越来越大型化,合理的结构设计也越来越重要。本论文采用有限元法对某低温液化气体储罐进行应力分析和强度校核,为满足各种载荷组合工况的要求,提出了合理的结构改进措施,并对承受复杂载荷的外筒体下封头进行了稳定性分析。首先,建立了某低温液化气体储罐的有限元模型,并进行了应力分析,考虑了8种载荷组合工况,涉及的载荷包括内压、外压、自重、热载荷、风载荷、地震载荷和运输载荷。通过计算,得到了各载荷组合工况下低温储罐上的应力分布,并基于JB4732-1995《钢制压力容器-分析设计标准》进行了强度校核,结果表明,在热载荷存在的情况下,用于连接内外筒体的拉筋以及内外筒体上应力强度水平极高,远远超过许用值,该低温储罐的结构存在明显的不合理之处,需要改进。其次,对低温储罐的结构进行改进,将扭转型拉筋改变为平直型拉筋,并增加了拉板,内外筒体的连接形式由原来的上下固定式改为上端固定,下端可滑移式。经过应力分析和强度校核,发现新结构有效地减小了热载荷带来的影响,并且通过了8种载荷组合工况的校核。最后,本论文对承受复杂载荷的外筒体下封头进行了线性和非线性稳定性分析,计算了封头的临界失稳外压和临界失稳轴向力,并考察了支座垫板的作用。结果发现支座的存在对封头的临界失稳外压几乎没有影响；封头因外压发生失稳和因轴向支座反力发生失稳是互相独立的；支座上有无垫板对封头的临界失稳外压影响不大,但垫板能够提高封头的临界失稳轴向力。

全文目录

学位论文数据集  3-4
摘要  4-6
ABSTRACT  6-16
第一章绪论  16-24
  1.1 课题来源及研究的目的和意义  16
  1.2 低温储罐概述  16-21
    1.2.1 低温储罐介绍  16-19
    1.2.2 低温储罐研究进展  19-21
  1.3 本论文研究内容  21-22
  1.4 本课题的难点  22-24
第二章低温液化气体储罐的相关资料及有限元软件的介绍  24-34
  2.1 低温液化气体储罐的技术资料和数据  24-28
    2.1.1 主要结构和几何尺寸  24-25
    2.1.2 材料属性  25-26
    2.1.3 强度校核的依据  26-27
    2.1.4 材料的应力强度校核许用值  27-28
  2.2 低温液化气体储罐的载荷组合工况  28-31
    2.2.1 压力载荷  28
    2.2.2 重力载荷  28
    2.2.3 风载荷  28-29
    2.2.4 地震载荷  29-30
    2.2.5 热载荷  30
    2.2.6 运输载荷  30
    2.2.7 需要校核的载荷组合工况  30-31
    2.2.8 边界条件  31
  2.3 有限元及有限元软件  31-33
    2.3.1 有限元法  31-32
    2.3.2 有限元软件ANSYS介绍  32-33
  2.4 本章小结  33-34
第三章低温液化气体储罐的强度分析  34-66
  3.1 低温储罐的有限元模型  34-45
    3.1.1 低温储罐的几何模型  34-36
    3.1.2 单元选择  36
    3.1.3 网格划分  36-39
    3.1.4 载荷  39-44
    3.1.5 边界条件  44-45
  3.2 模态分析  45-46
  3.3 低温液化气体储罐的结构强度分析及强度校核  46-64
    3.3.1 压力、自重(装载)联合作用  46-49
    3.3.2 压力、自重(装载)、热载荷联合作用  49-51
    3.3.3 压力、自重(装载)、热、风载荷联合作用  51-53
    3.3.4 压力、自重(装载)、热、地震载荷联合作用  53-55
    3.3.5 自重(空罐)、沿着运输方向2g的加速度联合作用  55-57
    3.3.6 竖直向上1g的加速度作用  57-59
    3.3.7 竖直向下1.7g的加速度作用  59-62
    3.3.8 自重(空罐)、垂直于运输方向的水平方向1g的加速度联合作用  62-64
  3.4 本章小结  64-66
第四章结构改进后低温液化气体储罐的强度分析  66-94
  4.1 改进后的结构  66-70
  4.2 模态分析  70
  4.3 结构改进后低温液化气体储罐的结构强度分析及强度校核  70-93
    4.3.1 压力、自重(装载)联合作用  71-74
    4.3.2 压力、自重(装载)、热载荷联合作用  74-76
    4.3.3 压力、自重(装载)、热、风载荷联合作用  76-78
    4.3.4 压力、自重(装载)、热、地震载荷联合作用  78-81
    4.3.5 自重(空罐)、沿着运输方向2g的加速度联合作用  81-84
    4.3.6 竖直向上1g的加速度作用  84-87
    4.3.7 竖直向下1.7g的加速度作用  87-90
    4.3.8 自重(空罐)、垂直于运输方向的水平方向1g的加速度联合作用  90-93
  4.4 本章小结  93-94
第五章低温液化气体储罐外筒体下封头稳定性分析  94-112
  5.1 概述  94-95
  5.2 外压稳定性分析  95-104
    5.2.1 无支座反力时封头的临界失稳外压  95-100
    5.2.2 有支座反力时封头的临界失稳外压  100-104
  5.3 轴向压缩稳定性分析  104-109
    5.3.1 临界失稳轴向力计算  104-107
    5.3.2 常见尺寸封头的临界失稳轴向力计算  107-109
  5.4 本章小结  109-112
第六章结论与展望  112-114
  6.1 论文的主要结论  112
  6.2 对于本课题研究的展望  112-114
参考文献  114-118
致谢  118-120
研究成果及发表的学术论文  120-122
作者和导师简介  122-123
北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  123-124

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