风载荷作用下立式低温储罐动力可靠性分析

针对随机风载荷作用下储罐结构动力可靠性问题,以300 m~3的中小型立式低温储罐为研究对象,利用自回归(AR)模型进行数值模拟,得到风载荷的脉动风速时程与脉动功率谱密度函数;采用ANSYS程序建立储罐三维有限元模型,并对储罐进行动力学分析,计算出储罐结构的随机响应值,进而得到随机风载荷作用下储罐结构动力可靠性所需全部数字特征;利用首次超越机制计算得到储罐的动力可靠度。结果表明:在50年一遇高度为10 m处最大风速26. 8 m/s的情况下,振动频率为0. 83 Hz时,结构位移、速度响应幅值比较大,储罐对低频振动比较敏感;随着使用年限的增加,储罐结构动力可靠度呈现出负指数形式下降趋势,当储罐达到设计使用年限25年时,可靠度降为71. 46%。     

风载荷作用下大型敞口储罐变形响应分析

为提升储罐结构安全性设计水平,以10万m3的大型变壁厚钢制储罐为研究对象,利用ANSYS三维仿真模型,分别进行基于《建筑结构载荷规范》的平均风作用下的储罐结构静力学位移计算分析,以及脉动风荷载作用下储罐的风致动力响应分析,并将静力分析和动力学分析下的位移响应结果进行比较。结果表明:在基本风压为1 000 Pa的条件下,120 s脉动风激励时程内储罐的最大径向位移瞬时峰值为7.76 mm,近似为平均风作用下静力分析结果的2.2倍;此外,储罐不同典型位置节点处的位移风振系数差异性不显著,储罐设计中可将储罐的整体位移风振系数取为2.2。     

考虑脉动风下弓网离线影响的高速铁路接触网可靠性分析*

为分析西北大风区高速铁路接触网可靠性,提出将脉动风引起的弓网离线因素融合到接触网系统可靠性分析中,采用谐波叠加法模拟脉动风风速时程,利用高斯分布统计脉动风分布概率,通过GO-FLOW法构建接触网系统可靠性模型,运用MATLAB对融合弓网离线故障率接触网系统可靠性进行仿真,并与已有研究成果进行对比。结果表明:脉动风对弓网受流产生一定影响,融合弓网离线因素后,接触网系统可靠度明显下降。研究结果可为接触网可靠性研究提供新的思路。     

基于二阶矩法的钢筋混凝土连续梁可靠度分析

根据结构可靠性理论,运用应力-强度干涉模型,考虑随机参数服从正态分布情况下的影响,构建连续梁在强度失效模式下的可靠性模型,应用二阶矩法通过数值分析计算结构的可靠指标,得出了结构的可靠度。为使所建立的模型符合钢筋混凝土结构的具体受力特点,荷载效应计算中考虑了钢筋混凝土结构的内力重分布,承载能力计算中参考了《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)给出的近似计算公式,得到了多维非线性的极限状态方程。通过实例对模型和可靠度方法进行了验证,计算分析表明,本文所建立的可靠性模型揭示了钢筋混凝土连续梁在各种随机因素作用下强度失效的规律,为钢筋混凝土连续梁的可靠性分析提供了依据。此外,本文提供的构件可靠度计算思路也可为其他各类钢筋混凝土构件的可靠度分析提供参考。     

桥式起重机主梁结构多源不确定性混合可靠性分析

为了预测桥式起重机金属结构的可靠度,采用凸模型非概率研究桥式起重机的可靠性,在只知道不确定参量的界限而不知其分布情况的条件下,即可求得各功能函数的可靠度。针对起重机金属结构中存在的不确定性因素并不单一,且是随机性、模糊性和非概率不确定性共同作用的结果,首先基于凸模型计算单一变量的结构可靠度;然后基于主梁结构的加工尺寸、起重量、材料边界条件等不确定性,建立了以主梁金属结构强度、刚度、整体稳定性失效模式的凸模型非概率可靠性分析模型,通过混合可靠性模型求和计算,得到主梁结构的混合可靠度。该模型更加切合实际,从而推导出一种桥式起重机主梁金属结构的混合可靠性计算方法,也建立了一些适用于复杂工程问题的结构可靠性分析方法;最后基于凸模型,针对工程实际中大量存在的"未知但有界"参数的结构可靠性分析问题,通过数值算例验证该混合模型的有效性和实用性,对现有某型号桥式起重机主梁金属结构工况进行了混合模型可靠性分析,结果表明,该可靠性模型意义明确,对模糊信息的处理也比较合理,可作为混合可靠性计算方法的一种补充,用该方法得到的桥式起重机强度、刚度、稳定性混合模型可靠度符合实际情况。     

基于时变可靠度分析的桥梁使用寿命预测

为分析一座桥梁结构寿命,在现有混凝土桥梁抗力和荷载的时变性研究的基础上,建立桥梁时变可靠度计算模型。将结构抗力等效转换为车辆荷载作用下结构所产生的竖向位移限值,预测远景交通量,反映荷载的时变性;运用非线性有限单元增量分析方法,以递增特定荷载的方式,采用响应面法计算时变可靠度指标及累计失效概率。结果表明:桥梁结构初始阶段具有足够大的可靠性,但其会随时间推移迅速衰减,利用韦伯分布函数和最小二乘法计算桥梁累计失效概率,进而推算桥梁使用寿命。根据桥梁寿命可靠度计算结果,制定出桥梁最佳维修养护策略。     

泥石流冲击下立式储罐失效概率分析

为评估泥石流引发的Natech事故风险,定量分析泥石流冲击对立式储罐的影响,首先建立泥石流作用下储罐的力学简化模型,将泥石流作用下储罐破坏模式分为弯曲破坏、罐体失稳、储罐浮离及储罐滑移;然后基于该分类,分别构建4组极限状态方程;其次基于贝叶斯网络和可靠性理论,建立储罐失效概率计算方法;最后,利用该方法分析计算某事故场景。结果表明:该事故场景下储罐失效概率为81.19%;在泥石流多发区,适当提高储罐充装率及降低大型储罐高径比可有效防控该类事故。     

基于VP-MFC的采煤机摇臂系统齿轮性能退化可靠性分析

齿轮作为采煤机摇臂系统的关键零件,其性能退化对采煤机的工作可靠性有着重要影响。建立了采煤机摇臂系统的刚柔耦合虚拟样机（VP）模型,基于仿真结果,计算得到温度载荷,应用ANSYS对摇臂系统的薄弱齿轮副进行多场耦合（MFC）分析,得到了齿轮的温度场及结构场云图。建立引入裂纹后的齿轮有限元模型,利用FRANC3D对其进行断裂裂纹扩展数值模拟,得到了齿轮的裂纹前缘应力强度因子、扩展轨迹与疲劳寿命。提出以齿轮的裂纹扩展疲劳寿命和可靠度为退化指标的定量评估方法,结果表明齿轮性能退化成指数分布。将虚拟样机、多场耦合与断裂力学相结合,为齿轮性能退化可靠性研究提供了新的方法。     

爆炸冲击作用下储油罐毁伤特性的数值模拟

大型储油罐是石油库的主要设备，研究其在爆炸载荷下的动态破坏特性意义重大。为获得拱顶油罐结构在爆炸冲击作用下的毁伤机制，采用ANSYS/LS-DYNA建立了柴油拱顶油罐的有限元数值模型，开展了不同炸药量和储油量下拱顶油罐结构的爆炸冲击破坏过程的数值模拟研究。结果表明：储罐内部爆炸后会出现两个薄弱区域，分别出现在罐壁与拱顶的环向交接处和柴油液面的分界处；储罐爆炸冲击波的分布几乎不受TNT当量变化的影响，但爆炸超压随着TNT炸药质量的增加而显著增强；储罐内部的油料液体可以减弱爆炸冲击载荷对罐体结构的破坏效应。研究可为既有罐区安全功能改进和新罐区建设提供理论支撑。     

LNG储罐火灾和爆炸事故树分析

对引起液化天然气储罐发生火灾、爆炸的因素进行系统分析,建立以LNG储罐火灾、爆炸为顶事件的事故树,并进行事故树分析,得到影响顶事件的各阶最小割集。利用二次计算的方法,更加精确地计算底事件的结构重要度系数,确定了影响储罐事故的主要因素,为提高LNG储罐的安全性和运行可靠性,提出相应的改进措施。     

高压天然气非恒定速率泄漏扩散数值模拟研究*

为保障天然气工业安全生产与运营,以某天然气储配厂为例,采用等效喷嘴和过程模型,利用FLACS软件对罐区高压天然气非恒定速率泄漏扩散进行数值模拟,考察环境风速及泄漏时间对气体泄漏扩散的影响。结果表明:储存压力为1.05 MPa的天然气储罐发生泄漏会产生欠膨胀射流,泄漏初期具有447.44 kJ的高动能,并在近场扩散起主导作用;在气体持续泄漏的200 s内,泄漏质量流量仅发生0.71 kg/s的变化,对泄漏扩散影响不明显,各风速条件下的泄漏会在动能稳定风场和浮力的共同作用下,使可燃气云体积及分布在一定时间内达到动态稳定状态,等效化学计量气云体积不再发生明显变化;质量流量会随着时间的增加变化会越来越明显,进行非恒定速率气体泄漏扩散的模拟,会更有利于现场情况的判断和处置;风速的增大与风向对扩散的影响成正比,与气云趋于动态稳定的时间、可燃气云分布及体积成反比。     

大型原油储罐泄漏隔堤池火灾后果研究

为了研究储罐大孔泄漏后可能产生的隔堤局部面状液池火灾,以10万立方大型原油储罐为例,采用计算流体力学软件FLUENT和火灾模拟软件FDS计算储罐在真实泄漏场景下的液池区域,模拟发生隔堤池火的分布特征及对临罐热辐射影响。研究结果表明:储罐原油泄漏后将在隔堤内形成相对稳定面积的液池,在储罐不同方位处泄漏形成的液池面积与储罐壁距雨水收集槽长度相关;储罐正下方的隔堤池火对储罐造成的热辐射极大;风对临罐受到的池火热辐射强度影响明显,指向罐组中心方向的来风对临罐热辐射强度影响较大。     

在役悬索管道抗风性能研究及结构退化分析*

为提高在役成品油悬索跨越管道结构及性能的可靠性，保障长输油气管道生产运营的安全，建立某在役成品油悬索跨越管道的有限元力学仿真模型，研究风载荷对悬索跨越管道的影响作用，探讨主索、吊索等主要构件性能退化时对悬索管道安全性的影响规律。结果表明:通过有限元模拟可以得到管道失效风速为60 m/s，远大于极限风速，且涡激振动振幅很小；主索腐蚀、吊索断裂以及是否存在抗风索这3种情况均能影响结构的安全性。相关企业应当对结构的重要构件进行定期检修，以保障生产运营安全。     

LNG加气站槽车卸车直供过程泄漏后果分析*

为研究LNG加气站槽车直接供液过程泄漏后果严重程度,采用HAZOP辨识槽车供液和储罐供液典型泄漏场景,基于PHAST分析不同泄漏场景下LNG液池半径、蒸汽云扩散距离及积聚时长、爆炸超压和池火热辐射影响范围,定量评价槽车供液可能造成的事故后果扩大程度。结果表明:槽车供液泄漏事故的LNG液池最大半径、蒸汽云最大扩散距离、爆炸超压最大影响半径和池火热辐射最大半径,分别为储罐供液的5.7,1.7,2.3,7.9倍;槽车在无人值守条件下泄漏形成的LNG液池最大半径和蒸汽云积聚时长,分别为有人值守下的1.85,56倍;日供液量较大加气站不宜采用槽车直接为汽车供液模式,而应采用先卸车入罐、再储罐供液的模式;应落实槽车卸车轮班值守制度,并与周边社区建立有效的应急联动方案。     

薄膜结构在动风荷载下的安全性能分析

从理论和实践两方面对薄膜结构在风荷载下的安全性能进行了研究。根据随机过程理论 ,用计算机模拟生成具有空间相关性的风场。发展建立了膜结构几何非线性动力响应问题的有限元公式 ,并以此为基础对一具体的膜结构进行了动力时程响应分析。通过观察膜结构在不同风速下的位移时程曲线 ,笔者发现 :当外界风速小于一定的临界风速时 ,结构的位移响应会逐渐趋于稳态 ,结构的振动逐渐趋于稳定 ,这时结构是安全的 ;当外界风速超过或接近临界风速时 ,结构的振幅会逐渐增大 ,膜结构将可能发生驰振损坏。进而提出了通过增大膜内预应力或提高膜曲面的曲率来防止膜结构风振破坏的方法 ,并指出了在设计和施工中为保证膜结构的风振安全应当采取的措施。     

基于VR技术的大型储罐火灾爆炸仿真软件设计

为了研究大型储罐事故后果的严重性，针对大型储罐火灾爆炸试验难以实施的情况，以虚拟现实技术为研究手段，重现大型储罐火灾和爆炸事故过程；通过对储罐火灾和爆炸事故进行理论分析，优选出大型储罐火灾爆炸事故后果数学模型；基于某商业原油储备库布置，利用3Ds Max软件对库区进行建模，结合Qt界面编写技术和OSG粒子效果技术进行交互式设计，划分火灾和爆炸2大仿真模块，设计各模块下属基本功能，形成1套基于真实场景的大型储罐火灾爆炸事故后果三维仿真模拟软件。研究结果表明:基于VR技术的大型储罐火灾爆炸仿真软件具有较强的沉浸感和交互性等特点，能够实时仿真大型储罐火灾爆炸事故动态演变过程，降低大型储罐火灾爆炸试验成本，同时为制定事故应急预案和应急处置措施提供科学参考。     

考虑冰风载荷影响的输电线路运行风险评估方法*

为预防在极端冰灾环境下大规模停电事故的发生，提出1种考虑冰风载荷的输电线路运行风险评估方法。在极端冰风环境下，计算输电线路与杆塔所承受的总载荷，利用强度与应力干涉模型确定输电线路与杆塔的故障率，同时结合串联可靠性原理确定线路故障综合概率；利用非贯序蒙特卡洛法与线路故障综合概率设置预想故障集，结合直流潮流优化模型计算每条线路的失负荷量；综合考虑负荷等级与抢修恢复时间，确定线路失负荷的经济价值并定义为故障后果；将故障后果与线路故障综合概率的乘积定义为输电线路风险评估指标。以实际拓扑结构修正的IEEE30节点开展算例分析。结果表明:所提方法可对输电线路运行风险进行有效评估。     

井喷喷射火热辐射影响范围与模型对比分析研究*

为了评价井喷事故时喷射火的风险,对比分析Flacs、Thornton模型和点源模型在不同泄漏速率、风速下喷射火热辐射强度计算结果,探讨在相同泄漏速率或相同风速下各模型之间的差异。根据塔里木某口油井的工况,分析在风速为7 m/s,泄漏速率分别为200,170,140,120,90 kg/s和在泄漏速率为140 kg/s时风速为12,7,3 m/s工况下热辐射强度随距离的变化,讨论热辐射强度的空间分布和安全距离的动态变化过程,分析在相同工况相同距离处3种模型的热辐射强度差异及原因。研究结果表明:一般情况下,点源模型、Flacs和Thornton模型在相同位置处所计算的热辐射强度依次增大。由于Thornton模型中未包含修正系数,故通过对比分析结果为Thornton模型添加修正系数以应用于实际。     

基于改进K-means和CNN的储罐罐底点蚀诊断模型*

为解决储罐罐底点蚀问题,提出基于改进K-means和CNN的储罐罐底点蚀诊断模型,在传统聚类基础上引入肘部法则,保证k值选取3的准确性,将原始声发射信号特征参数和聚类后的类别信息输入模型进行训练,系统预测准确率高达99%。研究结果表明:该模型能够及时发现点蚀现象,指导管理者确定储罐开罐检查时间顺序,避免点蚀穿孔造成的人力、物力损失,降低储罐运行风险,保障储罐运行安全,研究结果可为罐底点蚀诊断提供技术支撑。