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整体轴压和局部轴压作用下钢筒仓屈曲性能研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 概述

1.2 研究背景和意义

1.3 国内外研究现状

1.3.1 仓壁顶部均匀轴压作用钢筒仓屈曲性能

1.3.2 仓壁顶部局部轴压作用钢筒仓屈曲性能

1.3.3 仓内物料水平侧压力对钢筒仓屈曲性能的影响

1.4 本文主要研究内容

第二章 圆柱筒体稳定理论与分析基础

2.1 薄壳结构的薄膜理论和弯矩理论

2.2 轴压圆柱壳屈曲临界荷载

2.2.1 轴压圆柱壳屈曲临界荷载定义

2.2.2 轴压圆柱壳临界屈曲应力的弹性经典解

2.3 初始几何缺陷

2.3.1 初始缺陷的形成

2.3.2 初始缺陷的形式

2.3.3 初始缺陷的幅值

2.4 ECCS规程与欧洲规范相关规定

2.4.1 ECCS规程

2.4.2 欧洲规范

2.4.3 钢筒仓技术规范

2.5 壳体有限元分析方法

第三章 均匀轴压下钢筒仓屈曲性能及临界屈曲应力计算方法

3.1 有限元模型

3.1.1 模型介绍

3.1.2 缺陷形式

3.1.3 分析方法

3.1.4 网格收敛性检验

3.2 参数分析

3.2.1 屈曲模态

3.2.2 荷载位移曲线

3.2.3 缺陷位置

3.2.4 缺陷幅值

3.2.5 径厚比

3.2.6 材料强度

3.2.7 多条焊缝缺陷

3.3 均匀轴压钢筒仓I临界屈曲应力计算公式

3.3.1 计算公式

3.3.2 公式准确性验证

3.3.3 与现行规范的比较

3.4 本章小结

第四章 均匀轴压与物料内压共同作用钢筒仓屈曲性能及临界屈曲应力计算方法

4.1 有限元模型

4.1.1 模型介绍

4.1.2 缺陷形式

4.1.3 分析方法

4.1.4 网格收敛性分析

4.2 参数分析

4.2.1 内压

4.2.2 材料强度

4.2.3 径厚比

4.3 考虑内压影响的筒仓屈曲应力计算公式

4.3.1 计算公式

4.3.2 公式准确性验证

4.3.3 与现行规范的比较

4.4 本章小结

第五章 局部轴压下钢筒仓屈曲性能及临界屈曲应力计算方法

5.1 有限元模型

5.1.1 模型介绍

5.1.2 缺陷形式

5.1.3 分析方法

5.1.4 网格收敛性检验

5.2 参数分析

5.2.1 无缺陷钢筒仓的屈曲模态

5.2.2 无缺陷钢筒仓的临界屈曲应力

5.2.3 无缺陷钢筒仓的荷载位移曲线

5.2.4 无缺陷钢筒仓的径向变形

5.2.5 有缺陷钢筒仓的缺陷位置

5.2.6 有缺陷钢筒仓的缺陷幅值

5.2.7 材料强度

5.2.8 径厚比

5.3 局部轴压下钢筒仓临界屈曲应力计算方法

5.3.1 计算公式

5.3.2 公式准确性验证

5.3.3 与现行规范的比较

5.4 本章小结

第六章 整体轴压与局部轴压作用下钢筒仓屈曲性能及临界屈曲应力计算方法

6.1 有限元模型

6.1.1 模型介绍

6.1.2 缺陷形式

6.1.3 分析方法

6.1.4 网格收敛性检验

6.2 参数分析

6.2.1 屈曲模态

6.2.2 荷载位移曲线

5.2.3 临界屈曲应力

6.2.4 缺陷位置

6.2.5 缺陷幅值

6.2.6 材料强度

6.2.7 径厚比

6.3 整体轴压与局部轴压作用下临界屈曲应力计算公式

6.3.1 计算公式

6.3.2 公式值准确性验证

6.3.3 与现行规范的比较

5.4 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 本文总结

7.2 展望

参考文献

致谢

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摘要

钢板筒仓是一种薄壁圆柱壳体结构,其破坏方式包括内部储料水平侧压力作用下的强度破坏和竖向压力作用下的屈曲破坏。屈曲破坏囚其破坏前没有预兆,破坏时钢材应力水平较低,以及临界荷载受初始几何缺陷类型和幅值等影响较大等特点,需作为筒仓分析设计的主要内容。
  论文采用有限元软件ABAQUS对仓顶均匀分布轴压作用、仓顶均匀轴压与内压共同作用、仓顶局部轴压作用、以及仓顶均匀分布轴压与局部轴压共同作用等四种荷载情况下薄壁筒仓的屈曲性能,进行了系统的分析和研究。采用的分析方法包括线性屈曲分析、几何非线性屈曲分析和材料、几何非线性屈曲分析等。考虑的缺陷类型为环向焊缝缺陷,分别研究缺陷位置,缺陷分布,缺陷幅值,以及多道缺陷等对筒仓屈曲性能的影响。筒仓的参数包括仓体径厚比和仓壁材料强度等。
  通过对仓顶均匀分布轴压下筒仓屈曲性能的有限元分析,研究了缺陷幅值、缺陷位置、仓体径厚比、仓体材料强度等参数对其屈曲破坏模态,荷载-位移曲线等能的影响。研究表明,缺陷位置对均匀轴压筒仓临界荷载影响不大,其他参数对均匀轴压筒仓临界荷载有着较大影响,在参数分析的基础上,提出了仓壁顶部均匀轴压筒仓临界荷载计算公式。
  利用有限元参数分析,研究了在仓项均匀分布轴压与仓内物料水平侧压力共同作用下筒仓的屈曲性能。研究的参数包括径厚比、材料强度、内压大小等。研究表明,小内压时,筒仓发生弹性屈曲破坏,且临界荷载随着内压的增大而增大;大内压时,筒仓发生弹塑性屈曲破坏,临界荷载随着内压的增大而降低。在参数分析的基础上,提出了考虑内压的筒仓临界荷载计算公式。
  考虑仓顶设备等局部荷载单独作用的影响,研究了仓顶局部轴压作用下环向焊缝缺陷筒仓的屈曲性能,重点分析了不同荷载跨角时筒仓的屈曲模态、荷载位移曲线、屈曲应力极值和缺陷最不利位置,研究了缺陷幅值和材料强度对屈曲承载力的影响。研究表明,局部轴压荷载跨角对屈曲模态和屈曲临界荷载有很大影响,缺陷最不利位置受局部轴压荷载跨角影响不大。提出了仓壁顶部局部轴压筒仓临界荷载计算公式。
  考虑仓顶均匀分布轴向压力和局部轴向压力的共同作用,利用有限元方法研究了筒仓的弹性屈曲和非线性屈曲性能。分析了不同的整体轴压荷载作用水平时,筒仓仓顶的局部轴压承载力。考虑的参数包括荷载跨角、缺陷幅值、缺陷位置、材料强度等。研究表明整体轴压荷载水平和局部轴压荷载跨角对筒仓的临界荷载和缺陷最不利位置有很大影响。提出了仓顶均匀分布轴向压力和局部轴向压力的共同作用筒仓的临界荷载计算公式。

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