En
首页 > 应用案例 > 20万方超大容积LNG全容储罐整体三维有限元分析

20万方超大容积LNG全容储罐整体三维有限元分析

案例概括

本项目是应用CAE软件,针对20万方、22万方、27万方超大容积LNG全容储罐进行全模型参数化建模,并考虑正常使用极限状态下以及承载能力极限状态下的各种动、静、热载荷及其组合条件下各部分结构的强度、内力进行计算,以为结构优化、配筋设计以及规范验算提供依据。并在分析的课题研究成果的基础上对‘超大容积LNG全容储罐仿真系统’的开发进行规划并奠定基础。

项目挑战


1.大型LNG储罐空间尺寸接近百米,结构复杂,包括钢筋混凝土外罐、钢制罐、液体、保冷层、穹顶、吊顶、桩基础以及其他辅助结构等,三维建模及合理的单元类型选择难度较大;
2.罐内外温差大,属于工作环境复杂的大型复合结构,需要进行热分析、结构分析及热结构耦合分析,但不同分析建模要求不同,对有限元网格划分提出了挑战;
3.桩土相互作用的模拟 ;
4.风载荷、雪载荷、活载荷、爆炸载荷等的确定及加载方式;
5.地震反应谱生成及地震时程曲线的确定;
6.由于结构复杂带来的动力学计算效率问题;
7.外罐实体模型混凝土内力计算;
8.载荷工况复杂,存在各种工况组合的可能,工况如何组合以及结果输出问题。

解决方案


1.采用参数化自动三维建模,建立储罐、地基一体化三维模型。同时充分考虑储罐各个结构之间的整体受力特性和相互作用、耦合关系。网格划分采用混合网格,基于不同的结构形式选择最适当的单元类型建模并采用网格装配技术进行不同单元类型之间的网格装配;
2.对热分析与结构分析采用差异化网格技术,热分析与结构分析模型无需匹配,程序自动基于热分析结果完成结构模型的温度插值,从而完成热应力耦合分析;
3.基于规范P-Y,T-Z,Q-Z曲线法考虑桩土相互作用;
4.采用基于规范的载荷确定和参数化加载算法;
5.基于BS EN1998规范确定地震反应谱及地震加速度时程曲线;
6.通过将子结构技术大量应用于液面晃动与动力学分析中;
7.应用实体壳技术实现了外罐实体模型的内力提取;
8.采用参数化自动载荷组合技术可以考虑各种载荷工况的可能性,如有风/无风、正气压/负气压、地震水平主导/竖直主导、满罐/空罐、正值/负值,以及规范要求的载荷组合系数。并输出组合工况结果的包络。

用户价值

1.通过实现全参数化整体三维建模,提高了建模效率,自动考虑载荷在储罐结构之间的传递,避免了对各部分单独计算(如内罐与外罐分开计算)所遇到的载荷边界条件难以确定、结构力学性能与实际情况不符而导致的计算精度问题;
2.可以根据热分析和结构分析的不同要求建立互相独立的模型,从而保证热分析和应力分析的计算精度;
3.在计算中考虑土层分布、地下水影响以及群桩效应,从而可以基于规范要求和现场地质勘测参数准确描述摩擦桩与土壤的相互作用;
4.精确反映规范规定的载荷分布;
5.考虑阻尼效应的反应谱曲线自动生成及地震加速度时程曲线的生成,提高计算的准确性;
6.有效过滤局部模态并避免小刚度部分(如液体)的网格畸变。达到了模态计算中少量模态即可包容主要振型,满足计算精度,动力学计算中缩减计算规模,提升计算效率的目的;
7.该技术既可以保证对储罐模型的精确建模,又可以提供内力结果(弯矩、轴力、剪力等)用于储罐配筋设计;
8.自动完成大量组合工况的计算和结果生成。