LNG储罐壳体抗风与抗震力学性能研究

论文摘要

液化天然气(Liquefied Natural Gas,以下简称LNG)具有便于运输和储存、使用安全的特点,在过去的几十年中,世界LNG消费量大幅度增加,各国均将液化天然气作为一种低排放的清洁燃料加以推广。LNG储罐是存储、使用LNG过程中所用到的重要设备。目前国外对LNG储罐已有不少研究成果并且很多成果已应用到工程实际中,但是针对LNG储罐的抗风和抗震研究相对欠缺,结构设计人员也迫切需要了解LNG储罐在承受各种动力荷载内力及变性规律。因此,开展LNG储罐的抗风和抗震的力学性能研究具有重要的意义。本文的主要研究工作集中于两种LNG储罐的自振特性、风致屈曲和地震响应分析。主要内容包括:1.LNG储罐有限元模型的建立采用有限元软件ANSYS建立有限元模型,利用ANSYS单元库中提供的Shell63、Shell91单元分别建立混凝土LNG储罐模型和夹心LNG储罐模型,并通过模型的振动特性验证其合理性,验证标准为本文建立的Solid45有限元模型。2.LNG储罐的自振特性建立两种LNG储罐空罐状态下的全罐、半罐、1/4罐模型,分别对其进行模态分析,得到六种有限元模型的各阶频率和振型,分析两种简化的有限元模型同整体模型的异同。3.LNG储罐风致屈曲分析比较国内外几种圆柱形结构物的周向及竖向风压分布,并提出适合本文的风压分布形式。将上述风压以面荷载的形式施加到储罐上,得到两种LNG储罐的临界屈曲风速。4.LNG储罐地震响应分析按照我国《建筑抗震设计规范》要求,选取三种地震波对两种储罐进行单向水平地震波作用下的响应分析,记录储罐特殊位置点的时程曲线,得到LNG储罐在三种地震波作用下的位移、加速度、应力分布规律。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 LNG 发展概况
• 1.3 LNG 储罐的形式与特点
• 1.4 LNG 储罐的抗风研究
• 1.4.1 LNG 储罐的大型化趋势
• 1.4.2 LNG 储罐大型化趋势带来的问题
• 1.4.3 LNG 储罐的抗风研究现状
• 1.5 LNG 储罐的抗震研究
• 1.5.1 大型储罐抗震研究的必要性
• 1.5.2 LNG 储罐的抗震研究现状
• 1.6 本文的主要工作
• 第二章 LNG 储罐建模方法及其有限元模型的确定
• 2.1 引言
• 2.2 ANSYS 有限元软件简介
• 2.2.1 关于ANSYS
• 2.2.2 ANSYS 的主要功能
• 2.2.3 ANSYS 的分析步骤
• 2.3 储罐单元及其属性
• 2.3.1 工程概况
• 2.3.2 有限元模型单元的选取
• 2.4 有限元模型的验证
• 2.4.1 模态分析理论
• 2.4.2 模态分析采用的方法—子空间迭代法
• 2.4.3 有限元模型的确定
• 2.5 本章小结
• 第三章 LNG 储罐振动特性
• 3.1 引言
• 3.2 LNG 储罐模态分析
• 3.2.1 储罐有限元模型
• 3.2.2 边界条件
• 3.2.3 单元划分
• 3.2.4 LNG 储罐模态分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 风荷载作用下LNG 储罐的屈曲性能分析
• 4.1 引言
• 4.2 风的一些自然特性
• 4.2.1 大气边界层
• 4.2.2 平均风剖面
• 4.2.3 平均风的主要特性
• 4.2.4 脉动风的主要特性
• 4.3 风荷载的基本参数
• 4.4 储罐的风压分布
• 4.4.1 LNG 储罐的周向风压分布
• 4.4.2 LNG 储罐的竖向风压分布
• 4.5 LNG 储罐风致静力屈曲分析
• 4.5.1 LNG 储罐有限元模型
• 4.5.2 静力屈曲分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 LNG 储罐地震响应分析
• 5.1 引言
• 5.2 地震响应分析
• 5.2.1 基本理论
• 5.2.2 分析方法
• 5.2.3 地震波的选取
• 5.2.4 混凝土LNG 储罐地震响应分析
• 5.2.5 夹心LNG 储罐地震响应分析
• 5.3 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要