【案例】大型LNG储罐全三维快速建模与仿真计算系统

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1.概述

LNG储罐是液化天然气接收站和工厂的最重要设备之一，在我国能源结构转型过程中，LNG储罐的国产化和设计建造技术能力的提升至关重要，而基于CAE技术的数值仿真技术是对储罐进行校核计算不可或缺的重要手段。

随着液化天然气需求量的增加，LNG储罐的发展趋势是大型复杂化，目前的全容储罐容量已经达到20万方以上，空间尺寸接近百米，结构复杂，包括钢筋混凝土外罐、钢制內罐、液体、保冷层、穹顶、吊顶、桩基础以及其他辅助结构等，罐内外温差大，属于工作环境复杂的大型复合结构，其温度场、结构内力、刚度、强度的计算和校核验算必须借助于有限元方法，而且对CAE建模和计算手段提出了极大的挑战。

图1. LNG全容储罐结构示意

2.大型LNG储罐全三维建模与仿真分析系统

安世中德针对大型LNG储罐，尤其是复杂超大容积LNG全容储罐，基于ANSYS平台开发了专用的LNG储罐全三维建模与仿真分析系统，实现了LNG全容储罐快速精确建模、高效计算与结果校核。

LNG储罐仿真分析系统的优势体现在：

（1）全三维整体建模。模型可包括内外罐以及钢筋、液体、保冷层、穹顶、吊顶、桩基础以及其他附属结构，可考虑桩土相互作用以及各部分结构之间的直接耦合作用。

（2）全参数化自动建模。基于模板的结构参数和计算参数描述以及（可交互）全自动建模。

（3）面向设计需求、基于规范的载荷工况定义与工况计算。可考虑温度场、预应力、恒载、活载、风载、雪载、LNG液压、设计正负压、气压试验、水压试验、泄露、地震、爆炸、冲击、火灾等各种工况，进行静力、动力、稳定性计算，并按照规范和设计要求进行SLS(适用性极限状态)及ULS(最终极限状态)荷载组合与评估。

（4）面向设计需求的结果呈现与校核。包括液面晃动、混凝土与钢结构的内力（弯矩、剪力、轴力）与应力、穹顶屈曲载荷、裂缝宽度、结构变形、基础沉降等，可按照图片、曲线、动画、数据等形式输出计算结果，并自动生成计算报告。

（5）非线性校核计算。抗外物冲击、储罐结构失效与断裂破坏分析，基础极限承载力分析等。

（6）结构优化设计。基于全参数化模型与力学计算实现结构参数敏感性分析与优化设计。