2000m3大型丙烯球罐整体有限元分析

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球罐作为一种大容量且承压的高效储存压力容器，在石油化工、夜景、城市燃气等行业得到了广泛的应用，储存介质涵盖了（丙烷、丁烷、丙烯、乙烯、液化石油气、液氨等），也可作为压缩气体的（空气、氧气、氮气等）的储罐。操作温度一般为-50~50℃，操作压力一般在3MPa以下。球罐结构的最大应力一般出现在支柱与壳体连接处，所以球罐的设计最重要的是保证此处应力评定通过，本例以一台2000m3丙烯球罐为例，概述一下丙烯球罐在WB中的整体有限元分析。

在建立球罐的整体模型时，考虑到球罐的各种开口接管对于整体来说影响相对较小，从整体角度其影响作用只是局部的，加之整体分析重点考查在各种载荷工况下支柱与球罐相接部位的应力状况，因此在构建整体分析模型时可将各种接管忽略。球壳内壁考虑2mm的腐蚀裕量，钢板负偏差为0.3，球壳内直径为15704mm，球壳厚度取有效厚度43.7mm。考虑的载荷包括设计压力、操作介质液柱静压、附件重量、风载荷、地震载荷、雪载荷及腐蚀层的重量。

几何模型

本例球罐采用了各种单元的组合建模方法，因模型较大，球体采用Solid185增强应变单元，可在计算精度与Solid186单元相当且能保证计算精度的情况下，大大减小单元和网格节点数量，进而保证计算效率和计算时间的大大提高；支柱部分：支柱与球体的连接处是应力重点考察区域，因而上半部分支柱同样采用Solid185增强应变单元，而下半部分支柱并非重点考察对象，在采用Shell181单元的情况下同样可减小单元和网格节点数量；拉杆部分采用Link180单元。需要注意的是：不同单元组合建模时候需要考虑不同单元之间的连接问题，杆单元具有三个自由度，壳单元具有六个自由度，实体单元具有三个自由度，虽然杆单元与壳单元具有不同的自由度，但杆单元与壳单元可以实现网格节点的共享，而壳单元与实体单元则无法实现网格节点的共享，因而在壳单元与实体单元连接处需采用绑定接触将二者联系起来，详细几何模型见下图：

网格划分

网格划分采用全六面体网格划分，相对于实体部分，球体部分结构规则可切分出可扫掠的体，但球体与支柱连接部分因结构非常不规则，难以进行切分，但可划出以六面体主导的网格，采用壳单元和杆单元的支柱和拉杆部分网格划分则较为简单，同时根据应力分析的需求将支柱与球体连接部分网格细化，而其它部分网格可粗化，在保证计算精度的前提下同时提高计算效率。

载荷施加

本例中只列出了一种计算工况：设计压力+结构附件及腐蚀层的重量+操作介质液柱静压+25%风载荷+地震载荷+雪载荷，其中结构附件及腐蚀层的重量与球体重量一起采用密度折算法，以等效密度并施加重力速度的方法考虑球体及附件重量，操作介质液柱静压以WB中液柱静压力功能施加，风载荷以集中力形式施加，地震载荷以水平加速度施加，雪载荷以质量点形式施加。