第３０卷第１期 ２０１４年１月 后勤工程学院学报 Ｖｏ１．３０Ｎｏ．１ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＬＯＧＩＳＴＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ Ｊａｎ．２０１４ 文章编号：１６７２—７８４３｛２０１４｝０１—００３０—０４ ｄｏｉ：１０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１６７２—７８４３．２０１４．０１．００６ 基于ＡＮＳＹＳ的油罐拱顶稳定性分析 何 旺，刘丽川，李华南 （后勤工程学院军事供油工程系，重庆４０１３１１） 摘要针对加肋拱顶稳定性十分复杂的问题，基于ＡＮＳＹＳ建立了加肋拱顶油罐的 三维有限元模型，对加肋拱顶的结构稳定性进行了数值模拟。对加肋拱顶在外压作用下 的线性与非线性临界屈曲载荷进行了对比分析，利用弧长法获得了拱顶在加肋情况下径 向、环向、轴向的载荷一位移曲线。结果表明：数值模拟的加肋拱顶屈曲方向和屈曲区域 与实际失稳结果相一致，可以为加肋拱顶设计和稳定性分析提供一定参考。 关键词油罐；加肋拱顶；ＡＮＳＹＳ软件；稳定性；非线性屈曲分析；弧长法 文献标志码：Ａ 中图分类号：ＴＥ９７２ ＡＮＳＹＳ—Ｂａｓｅｄ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ Ｄｏｍｅ Ｒｏｏｆ ｏｆ Ｔａｎｋｓ Ｈｅ Ｗａｎｇ，Ｌｉｕ Ｌｉ—ｃｈｕａｎ，Ｌｉ Ｈｕａ－ｎａｎ （Ｄｅｐｔ．ｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｓｕｐｐｌｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＬＥＵ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０１３１１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｒｉｂｂｅｄ ｄｏｍｅ ｒｏｏｆ ｏｆ ｔａｎｋｓ．ａ ３－Ｄ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｉｒｂｂｅｄ ｄｏｍｅ ｒｏｏｆ ｉｓ ｅｓｔａｂ— ｌｉｓｈｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＮＳＹＳ．Ａ ｎｕｍｅｒａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｉｓ ｄｏｎｅ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｄｏｍｅ ｒｏｏｆ．Ａ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｌｉｎｅａｒ ｂｕｃｋｌｉｎｇ ｌｏａｄ ａｎｄ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｂｕｃｋｌｉｎｇ ｌｏａｄ ｆｏｒ ｒｉｂｂｅｄ ｄｏｍｅ ｒｏｏｆ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｕｎｄｅｒ ｏｕｔｅｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ．Ｔｈｅ ｒａｄｉａｌ，ｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｔｉａｌ，ａｘｉａｌ ｌｏａｄ ａｎｄ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｃｕｒｖｅｓ ａｒｅ ｇｏｔ ｗｉｔｈ ａｒｃ—ｌｅｎｇｔｈ ｍｅｔｈｏｄ．Ｉｔ ｉｓ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｎｕｍｅｒａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｒｉｂｂｅｄ ｄｏｍｅ ｒｏｏｆ ｏｆ ｔｈｅ ｂｕｃｋｌｉｎｇ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ａｒｅａ ｏｆ ｄｏｍｅ ｒｏｏｆ ａｒｅ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｈａｖｅ ｃｅｒｔａｉｎ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｖａｌｕｅ ｆｏｒ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｒｉｂｂｅｄ ｄｏｍｅ ｒｏｏｆ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｔａｎｋ；ｒｉｂｂｅｄ ｄｏｍｅ ｒｏｏｆ；ＡＮＳＹＳ ｓｏｆｔｗａｒｅ；ｓｔａｂｉｌｉｔｙ；ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｂｕｃｋｌｉｎｇ ａｎａｌｙｓｉｓ；ａｒｃ—ｌｅｎｇｔｈ ｍｅｔｈｏｄ 加肋拱顶油罐是石化行业的大型储油装备。由于薄壁轴对称结构在外压作用下容易发生屈曲破坏， 通常对拱顶加经纬向肋以增强其承载能力。结构屈曲是指当结构所受载荷达到某一值，若增加一微小的 增量，则结构的平衡位形将发生较大改变的现象ｎ 。屈曲分析是一种用于确定结构开始变得不稳定时的 临界载荷和屈曲结构发生屈曲响应时的模态形状的技术嘲。ＡＮＳＹＳ提供２种结构屈曲载荷和屈曲模态分 析方法【３ ：特征值屈曲分析和非线性屈曲分析。特征值屈曲分析是对理想弹性结构的屈曲载荷进行预测， 大型结构的温度载荷和钢结构设计手册中的许多结果都是基于线性分析的结果，例如钢梁稳定计算的稳 定系数、框架柱的计算长度等。由于实际结构并不是理想结构，导致特征值屈曲分析对结构临界载荷的 预测常常高于结构实际的临界载荷。因此，实际工程结构分析时，多采用非线性屈曲分析 。非线性屈曲 分析可把几何非线性、材料非线性和边界非线性加入分析以模拟实际结构的受力变形情况。 收稿日期：２０１３—０９—０５ 项目基金：后勤科研项目（油２００８０２０８） 作者简介：何旺，男，博士生，主要从事油气储存技术与装备研究。 ５８ 后勤工程学院学报 ２０１４焦 时，仍存在调节作用。 参考文献 【ｌ】刘玉通，方振东，杨琴，等．某军事区域土壤的重金属污染状况及其评价 后勤工程学院学报，２０１０，２６（１）：６２—６５． ＬｉｕＹｕ・ｔｏｎｇ，ＦａｎｇＺｈｅｎ・ｄｏｎｇ，ＹａｎｇＱｉｎ，ｅｔａ１．Ｓｔａｔｅ ａｎｄ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆｈｅａｖｙｍｅｔａｌ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｉｌｆｒｏｍ ａｍｉｌｉｔａｒｙ ａｒｅａ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＬｏｇｉｓｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１０，２６（１）：６２—６５． ［２】李东旭，文雅．超积累植物在重金属污染土壤修复中的应用［Ｊ］．科技情报开发与经济，２０１１，２１（１）：１７７—１８０． ［３］安志装，陈同斌，雷梅，等．蜈蚣草耐铅、铜、锌毒性和修复能力的研究ＩＪ】．生态学报，２００３，２３（１２）：２５９４—２５９８． ＡｎＺｈｉ－ｚｈｕａｎｇ，ＣｈｅｎＴｏｎｇ—ｂｉｎ，ＬｅｉＭｅｉ，ｅｔａ１．Ｔｏｌｅｒａｎｃｅ ｏｆＰｔｅｒｉｓ ｖｉｔｔａｔａＬ．ｔｏＰｂ，Ｃｕ ａｎｄＺｎ［Ｊ］．ＡｃｔａＥｃｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓｉｎｉｃａ，２００３，２３（１２）：２５９４—２５９８． ［４刘颖茹．不同矿区生态型蜈蚣草的Ａｓ富集能力及其生理差异［４］Ｄ】．北京：中国科学院，２００５：ｌ１—３６． 【５］谢景千，雷梅，陈同斌，等．蜈蚣草对污染土壤中Ａｓ、Ｐｈ、ｚｎ、ｃｕ的原位去除效果［Ｊ］＿环境科学学报，２０１０，３０（１）：１６５—１７１． Ｘｉｅ Ｊｉｎｇ—ｑｉａｎ，Ｌｅｉ Ｍｅｉ，Ｃｈｅｎ Ｔｏｎｇ—ｂｉｎ，ｅｔ ａ１．Ｐｈｙｔｏｒｅｍ ｅｄｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｉｌ ｃｏ－ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄ ｗｉｔｈ ａｒｓｅｎｉｃ，ｌｅａｄ，ｚｉｎｃ ａｎｄ ｃｏｐｐｅｒ ｕｓｉｎｇ Ｐｔｅｒｉｓ ｖｉｔｔａｔａ Ｌ＿：Ａｆｉｅｌｄ ｓｔｕｄｙ［Ｊ］．Ａｃｔａ ＳｃｉｅｎｆｉａｅＣｉｒｃｕｍｓｔａｎｔｉａｅ，２０１０，３０（１）：１６５—１７１． 【６］张志良，瞿伟菁．植物生理学实验指导［Ｍ】．３版．北京：高等教育出版社，２００３：ｌ１６—１２７． 【７］王爱国，罗广华，邵从本．大豆种子超氧化物歧化酶的研究［Ｊ］．植物生理学报，１９８３（９）：７７—８４． 【８］张以顺，黄霞，陈云凤．植物生理学实验教程［Ｍ］．北京：高等教育出版社，２００９：３２—１４２． ［９］王学奎．植物生理生化实验原理与技术【Ｍ】．２版．北京：高等教育出版社，２００６：２１—９３． （编辑周 聂） ｅ ＃ ＃ ； 牙 ； ． 石 ； ＃ ｆ ； ＃ ｝ｅ ｆ ｅ 菏 （上接第３３页） 【７］庄舰，熊瑞斌．基于有限元方法的大型储油罐顶网壳稳定性分析［Ｊ］．机械科学与技术，２０１２，３１（９）：１４９０—１４９３． Ｚｈｕａｎｇ Ｊｉａｎ，Ｘｉｏｎｇ Ｒｕｉ—ｂｉｎ．Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌａｒｇｅ ｒｅｔｉｃｕｌａｔｅｄ ｓｈｅｌｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ［Ｊ］．Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈ— ｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１２，３１（９）：１４９０－１４９３． 【８】尹哗听，王瑜．大型拱顶储罐的有限元计算［Ｊ］．油气储运，２００３，２２（１）：２３—２６． Ｙｉｎ Ｙｅ－ｘｉｎ，Ｗａｎｇ Ｙｕ．Ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｎ ｌａｒｇｅ—ｓｃａｌｅ ｓｔｏｒａｇｅ ｔａｎｋ ｗｉｔｈ ｄｏｍｅ ｒｏｏｆｓ［Ｊ］．Ｏｉｌ＆Ｇａｓ Ｓｔｏｒａｇｅ ａｎｄ Ｔｒａｎｓｐｏ￣ｉｏｎ． ２００３，２２（１）：２３—２６． ［９】徐蕾，崔立富，杜篷娟，等．含体积型缺陷加筋球壳拱顶的稳定性分析【ＪＪ．自然灾害学报，２０１２，２１（４）：２１６—２２２． Ｘｕ Ｌｅｉ，Ｃｕｉ Ｌｉ—ｆｕ，Ｄｕ Ｐｅｎｇ—ｊｕａｎ，ｅｔ ａ１．Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｓｐｈｅｒｉｃａｌ ｓｈｅｌｌ ｃａｐｗｉｔｈ ｖｏｌｕｍｅｔｙｐｅ ｄｅｆｅｃｔｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＮａｔｕｒａｌ ｄｉｓａｓ－ ｔｅｒｓ，２０１２，２１（４）：２１６—２２２． ［１Ｏ】王志军，刘南科．结构非线性分析中的弧长控制法研究［Ｊ］．工程力学，１９９８（增刊）：４０１—４０５． Ｗａｎｇ Ｚｈｉ－ｊｕｎ，Ｌｉｕ Ｎａｎ・ｋｅ．Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｒａｃ—ｌｅｎｇｔｈ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ａｎａｌｙｓｉｓ［Ｊ］．Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ，１９９８（Ｓｕｐｐ．）：４０１－４０５． ［１１】向天宇，赵人达，刘海波．混凝土结构全过程非线性分析的弧长法研究［Ｊ］．铁道学报，２００２，２４（３）：６７—７０． ＸｉａｎｇＴｉａｎ—ｙｕ，ＺｈａｏＲｅｎ・ｄａ，ＬｉｕＨａｉ—ｂｏ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆａｒｃ－ｌｅｎｇｔｈｍｅｔｈｏｄｔｏｗｈｏｌｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆｔｈｅ Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ Ｓｏｃｉｅｔｙ，２００２，２４（３）：６７—７０． ［１２】熊铁华．结构非线性分析中的可控制方向的弧长法［Ｊ］．武汉大学学报：工学版，２００１，３４（１）：５３—５５． Ｘｉｏｎｇ Ｔｉｅ—ｈｕａ．Ａｎ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ａｙｅ—ｌｅｎｇｔｈ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｃｏｎｔｏｒｌｌｉｎｇ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ ｐａｔｈ ｉｎ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ［Ｊ］．Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＷｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００１，３４（１）：５３—５５． 【１３１蒋凤昌，朱慈勉，薛剑胜，等．基于弧长法的钢筋屈曲承载能力非线性分析［Ｊ】．建筑科学，２００７，２３（１１）：９—１２． ＪｉｎａｇＦｅｎｇ—ｃｈａｎｇ，ＺｈｕＣｉ－ｍｉａｎ，Ｘｕｅ Ｊｉａｎ—ｓｈｅｎｇ，ｅｔａ１．Ｎｏｎｌｉｎｅａｒａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆｌｏａｄ ｃａｒｒｙｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙｆｏｒｂａｒｂｕｃｋｌｉｎｇｂａｓｅｄ ｏｎａｒｃ—ｌｅｎｇｔｈｍｅｔｈｏｄ［Ｊ］． ＢｕｉｌｄｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅ，２００７，２３（１１）：９－１２． ［１４］王新敏．ＡＮＳＹＳ程结构数值分析［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００７：４１０—４９８． 【１５】大庆石油化工设计院．ＧＪＢＴ－－５９７拱顶油罐图集［ｓ］．大庆：大庆石油化工设计院，２００２：７５—７９． （编辑周 聂）
