基于上述情况,该公司采用了“非线性有限元素分析设计方法”(FEA),对这种所用材质为各向异性材料,形状又较为复杂的制品,进行特殊的产品设计。
该公司采用了美国结构研究和分析公司的COSMOS系统,并建立了专门的FEA分析模型。由于“镶肩”结构和壳体,均呈轴对称形状,因而该公司对于贮罐的底部、“镶肩”、粘结件和壳体等,都运用轴对称的,大型移动平板为元素的设计模型。
这些有限元素在环向、轴向,或者在径向上,均呈现各向异性的性能。以开口面的模型作为基面,这一开口元素沿镶肩,自下而上地开展,自动设计出基础面和镶肩之间的表面形状。这样的计算方法,经实践证明,不但较为切合实际,而且比较准确。
该套FEA设计方法,还可按预先设定的时间程序,对贮罐所受不同形式的力及其所产生的压力情况,进行正确的应力分析。为了计算出由于形变所引起的刚度变化,在每一个时间内,将改变其所用的刚度矩阵。通过计算所得的结果,不仅能表示出所受应力的数值,而且能反映出这种特大型贮罐上,“硬镶肩”的性能表现情况。
据介绍,这种新设计的镶肩结构,至少对三种类型的位移,起到有效的比较重要的效用。
FEA方法,还可对贮罐低位人孔进行应力分析,也可计算出风力和地震所产生的应力的大小。由于人孔处应力较为集中,其周围元素的密度将得到加强,以便改善其计算的准确度。人孔设计模型,将与壳体增强材料、法兰和盖子等,形成一个整体的结构。据该公司介绍,这种高元素密度的设计方法,也同样适用于其他“镶肩型”的部件。所采用的FEA软件,可应用于多种载荷状态,并可计算出它所受的应力和形变情况。对于风力和地震的情况,在所建的新设计模型中,均作为正向压力处理。由于贮罐的直径很大,纵横比例很小,因而在计算地震载荷时,采用API-650方法计算。
由于该类贮罐纵横向的比例很小,因此产品设计时,主要考虑液体的静压力,风力或地震均不会对贮罐带来较大的应力或形变。
尤其在贮罐的底部,几乎全部是由于液体的静压压力,所产生的轴向应力在贮罐底下部位,由于底部镶肩的不连续性,使壳体承受了一个轴向的弯曲载荷,因此必须适当增强这个部位的壳体设计。
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