基于实体模型的低温液体储罐有限元结构分析

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1、第６１卷第５期化工学报Ｖｏｌ．６１Ｎｏ．５２０１０年５月ＣＩＥＳＣＪｏｕｒｎａｌＭａｙ２０１０檭殐檭檭檭檭殐檭檭研究论文檭基于实体模型的低温液体储罐檭殐檭檭檭檭殐檭有限元结构分析毛雪东，张杰，周凯崧，王明富（北京航天发射技术研究所，北京１０００７６）摘要：根据低温液体储罐的结构特点，完成了３０ｍ３低温储罐三维实体模型，并选取实体模型结构中可靠性最弱部位作为分析对象，通过有限元分析软件ＡＢＡＱＵＳ建立了两种结构分析模型，对该结构满载时的应力和位移进行对比分析，依据ＪＢ４７３２—９５校核材料强度，验证了基于实体模型进行有限元结构分析的可行性和简洁性，根据分析结果提出了分析模型简化方案和结构

2、改进措施。关键词：实体模型；低温液体储罐；结构分析；分析模型中图分类号：ＴＥ６２６．７文献标识码：Ａ文章编号：０４３８－１１５７（２０１０）０５－１１０７－０５犃狀犪犾狔狊犻狊狅狀犳犻狀犻狋犲犲犾犲犿犲狀狋狊狋狉狌犮狋狌狉犲狅犳犾狅狑狋犲犿狆犲狉犪狋狌狉犲犾犻狇狌犻犱狋犪狀犽犫犪狊犲犱狅狀狊狅犾犻犱犿狅犱犲犾犕犃犗犡狌犲犱狅狀犵，犣犎犃犖犌犑犻犲，犣犎犗犝犓犪犻狊狅狀犵，犠犃犖犌犕犻狀犵犳狌（犅犲犻犼犻狀犵犐狀狊狋犻狋狌狋犲狅犳犛狆犪犮犲犔犪狌狀犮犺犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔，犅犲犻犼犻狀犵１０００７６，犆犺犻狀犪）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｉｔｓｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｃｈａｒａ

3、ｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆ３Ｄｓｏｌｉｄｍｏｄｅｌｆｏｒａｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｌｉｑｕｉｄｔａｎｋｉｓｃｏｍｐｌｅｔｅｄ．Ｔｈｅｗｅａｋｅｓｔｐａｒｔｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｓｅｌｅｃｔｅｄａｓｔｈｅｏｂｊｅｃｔｆｏｒａｎａｌｙｓｉｓ．ＴｗｏｍｏｄｅｌｓｆｏｒｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓａｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄｂａｓｅｄｏｎｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｏｆｔｗａｒｅＡＢＡＱＵＳ，ｗｈｉｃｈｉｓｕｓｅｄｆｏｒｔｈｅｃｏｎｔｒａｓｔｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓｏｎｔｈｅｓｔｒｅｓｓａｎｄｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗｉｔｈｆｕｌｌｌｏａｄｉｎ

4、ｇ．ＴｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｉｓｃｈｅｃｋｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏＪＢ４７３２—９５，ａｓｔａｎｄａｒｄｆｏｒｓｔｅｅｌｐｒｅｓｓｕｒｅｖｅｓｓｅｌｓ，ｗｈｉｃｈｃｏｎｆｉｒｍｓｔｈａｔｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎａｌｙｓｉｓｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｓｏｌｉｄｍｏｄｅｌｉｓｆｅａｓｉｂｌｅａｎｄｓｉｍｐｌｅ．Ｔｈｅｓｉｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅｍｏｄｅｌａｎｄｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｎｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｒｅｓｕｌｔ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｓｏｌｉｄｍｏｄｅｌ；ｌｏｗｔｅ

5、ｍｐｅｒａｔｕｒｅｌｉｑｕｉｄｔａｎｋ；ｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎａｌｙｓｉｓ；ａｎａｌｙｓｉｓｍｏｄｅｌ液体蒸发速率急剧提高，造成不必要的经济损失，引言［２３］甚至造成人员伤亡，此类事故在国内外时有发近几年，低温与化工工业得到长足的发展，同生。目前，国内在这种具有真空夹层的低温液体储样低温液体储罐以其不可替代的优点，得到越来越罐设计过程中，主要承重部位常采用与已投入使用［１］广泛的应用。由于低温液体储罐结构特点和承装结构进行对比经验设计方法，因此建立准确易行的［４］低温液体性质的原因，当储罐外围结构受到破坏有限元结构分析模型，进行结构可靠性分析，已时，内外容器之间的真空夹层也会遭到破坏

6、，低温成为科研、设计人员的首要任务，并对设计的优化２００９－０７－１６收到初稿，２０１０－０２－２４收到修改稿。犚犲犮犲犻狏犲犱犱犪狋犲：２００９－０７－１６．联系人及第一作者：毛雪东（１９８０—），男，硕士研究生。犆狅狉狉犲狊狆狅狀犱犻狀犵犪狌狋犺狅狉：ＭＡＯＸｕｅｄｏｎｇ，ｍａｏｘｕｅｄｏｎｇ０＠１６３．ｃｏｍ·１１０８·化工学报第６１卷工作具有十分重要的指导意义。本文针对具有真空１６ｍｍ。夹层的低温液体储罐主要承重部位的结构可靠性，１３三维模型提出了基于实体模型的有限元结构分析方法，并对［８９］根据结构参数和实际使用要求，采用三维３氧、氮、氩低温液体储罐实例作了相应分析结构设

7、计软件建立了３０ｍ３低温液体储罐实体模３０ｍ和验证。型，结构如图２所示。１实体模型１１结构布置低温液体储罐因承装低温介质不同，储罐的整［５６］３体结构也略有不同，本文以３０ｍ氧、氮、氩低温液体储罐为分析对象，建立实体模型。该储罐的容积并不是很大，考虑到节约材料和减小设备占地空间的要求，采取立式结构，储罐的长径比约为４∶１；绝热方式采用真空多孔介质绝［７］热方式；根据ＪＢ／Ｔ４７１２—２００７的设计要求选取支承式支座。总体布局如图１所示。图２