带有环形隔板的圆柱形罐体中流体晃动响应的概率密度演化分析及动力响应试验

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近些年来,随着现代工业的发展,石化工程中,大型立式储液罐中的液体在地震激励下的晃动会对罐体结构造成严重破坏。石油储运系统中贮存易燃、易爆等危险源介质时常采用立式圆柱形钢制储油罐。地震作用下储罐的破坏将造成很大的影响,危害极其严重。随着我国石油化工业发展迅速,储油罐的规格也向大型化发展。这导致制造难度大,潜在危险大。若没有较好的抗震措施不仅带来巨大的经济损失,而且还易引发次生灾害,导致极为严重的后果。因此,储罐的抗震研究成为普遍关注的课题,安全、合理地进行储油罐的抗震设计,是当前储油罐抗震的重要问题。地震作用下整个储液系统的动力响应与液体自由表面的晃动有着很大关系。  通常有三种方法可用于液体晃动的研究:一是解析法;二是数值方法,包括有限元、有限差分和边界元等方法;三是半解析法。但是,对于带有环形隔板的罐中流体晃动响应进行概率密度演化分析以及晃动试验尤其是随机激励试验还是很少见的。本论文通过“流体子域法”、概率密度演化理论及流体晃动试验相互对比,对带有环形隔板的圆柱形罐体中流体的晃动响应进行了较为深入的研究。  本文主要开展了以下几个方面的研究工作:  (1)由于解决流体晃动响应的方法有多种,考虑试验模型及相关假设,本文采用“流体子域法”求解出隔板在不同位置不同尺寸时试验模型中流体的晃动响应。  (2)本文将概率密度演化理论引入流体晃动响应的分析研究,给出了流体晃动概率密度演化分析的基本步骤并通过具体算例验证了该方法对于流体晃动研究的可行性及精确性并给出了波高响应的均值与方差并求解出不同隔板位置、不同隔板尺寸下最大波高出现的时间以及波高最大值。  (3)进行了罐体模型的设计、加工、安装及激振器调试;对模型中流体固有频率进行测量;通过输入定频激励测量不同隔板位置、不同隔板尺寸时罐中流体晃动波高,试验结果与理论结果对比很好,验证了隔板影响流体晃动响应的一般规律。  (4)根据地震动合成技术合成了202条人工地震动对罐中流体波高进行随机激励试验,将试验结果与“流体子域法”的结果相对比,验证了该方法的可行性与准确性。
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