基于疲劳累积破坏机制的储罐结构动力可靠度分析

针对随机风载荷作用下储罐结构动力可靠性问题,以300 m3的中小型立式低温储罐为研究对象,利用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,进而求出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,最后利用疲劳累积损伤机制计算得到储罐的动力可靠度。结果表明:假设结构强度不随时间退化,前5 a动力可靠度基本保持不变,随着使用年限的延长,动力可靠度下降速度明显增大。研究方法可为储罐的动力可靠性及寿命预测提供一定的理论依据。     

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。     

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储罐泄漏火灾爆炸事故后果定量分析

分析了目前用于定量预测LNG储罐泄漏火灾爆炸事故后果的三种主要计算模型,并基于ALO-HA软件对LNG储罐泄漏导致的火灾爆炸事故后果进行了定量评估,深入分析了风速、泄漏部位对LNG储罐泄漏事故的影响.结果表明:①在蒸汽云爆炸模型条件下,可燃区域和爆炸冲击波伤害区域随风速的增大先增大后减小,风速为7 m/s时达到最大值;随泄漏点与储罐底部距离的增大而减小;②在池火模型条件下,热辐射伤害区域随风速的增大先增大后减小,风速为10 m/s时达到最大值;随泄漏点与储罐底部距离的增大而减小;风速使该区域向下风向方向偏移,且偏移程度随风速增加而增加;③在沸腾液体扩展蒸气云爆炸模型条件下,风速和泄漏源位置变化对热辐射伤害区域形状和面积定量计算结果没有影响.     

薄膜结构风致振动研究进展

薄膜结构具有质量轻、刚度小、自振频率低的特点 ,因而属于风敏感结构。作用在薄膜结构上的风荷载 ,除与气流本身的特性有关外 ,还与结构在风荷载作用下的位移、速度、加速度等有关 ,从而引起附加的气动力。因此 ,在研究薄膜结构的风致振动时 ,必须考虑流固耦合作用。笔者对薄膜结构的风振研究方法进行了总结 ,主要介绍了简化气弹力学模型方法及简化流体力学解析模型方法 ,并分别用于分析小于临界风速时结构的反应和确定结构的颤振临界风速。     

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。     

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。     

大型LNG储罐翻滚事故放空气扩散后果模拟

发生翻滚事故时,大型LNG储罐内压力急剧升高,为防止储罐超压破裂,大量的天然气通过安全阀放空,而天然气具有易燃易爆的特点,可能在LNG接收站的装置区及罐区发生爆炸。利用计算流体力学的方法对不同风速、风向下放空气的扩散过程进行了模拟,得到CH4的浓度分布情况。结果表明:大气风速对放空气的扩散过程具有影响,当风速逐渐增大时,降落到地面的CH4逐渐增多,而当风速超过7m/s时,随着风速的增大,降落到地面的CH4开始减少。随着风速的增大,50%LEL影响范围逐渐减小。各种风速条件下,装置区和罐区CH4的浓度均未达到50%LEL,因此LNG储罐发生翻滚事故时,放空气不会形成爆炸性气氛。     

薄膜结构的气弹动力失稳临界风速

笔者采用解析方法研究了三维薄膜结构的气弹失稳临界风速。首先应用薄壳的无矩理论建立了薄膜结构的动力平衡方程 ;随后假设来流为均匀的理想势流 ,考虑流固耦合作用 ,采用不考虑流动分离和考虑流动分离两种气弹模型应用流体力学中的势流理论 ,并参考空气动力学中的薄翼型理论 ,确定了作用于薄膜表面的气动力 ,得到了两种模型情况下薄膜结构的气弹动力耦合作用方程 ;进而利用Bubnov Galerkin方法将此耦合作用方程转化为一常系数二阶微分方程 ,并根据Routh Hurwitz稳定性准则确定了薄膜的失稳临界风速 ;最后通过对临界风速的影响因素进行分析并对两种模型得到的结果进行比较 ,得到了一些重要结论。     

工业建筑可靠性检测鉴定技术讲座(十八)

第十讲 结构振动特性测试（续）5.3 脉动法 脉动法通常用于测量整体建筑物的动力特性。此法不用专门的激振设备,而是通过测量建筑物由于外界不规则的干扰（如地面运动、风等）而产生的微小振动,即“脉冲”,来确定建筑物的动力特性。该方法具有不需激振设备、简便易行、不受结构形式和大小的限制、适用于各种建筑物动力特性测量等优点,因而得到广泛应用。由于建筑物本身是一个复杂的体系,当振幅增大时,其刚度有所降低,所以用脉动法测得的固有频率比共振法测得的要偏大一些。     

台风下乙烯精馏塔抗风性能及可靠性分析

采用流固耦合方法对台风下乙烯精馏塔的风载荷分布及风振响应进行数值模拟,建立了台风下塔设备流固耦合数值模型,对乙烯精馏塔的抗风能力和可靠性进行了分析。研究发现乙烯精馏塔的迎风面为风压力,背风面和迎风子午线两侧为风吸力,风压力和风吸力沿着塔高不断增大。在风载荷作用下,乙烯精馏塔的最大应力出现在迎风向塔体与裙座的连接处,最大变形出现在塔顶。随着风速增大,最大应力和变形呈三次多项式的变化关系,但频率基本保持不变,呈现一阶频率振动。通过强度、挠度和疲劳分析,可对不同台风强度下的乙烯精馏塔可靠性进行校核。     

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。     

基于神经网络的闸阀模糊可靠度计算

为提高闸阀可靠度计算准确性,将模糊准则引入闸阀可靠性设计,将闸阀应力与阀体通径、内压之间隐式关系显式化,并基于神经网络构建地震工况下闸阀数学模型;利用蒙特卡洛法,计算闸阀在常规方法下的可靠度;利用正态型隶属函数描述闸阀强度的模糊性,计算闸阀在考虑模糊强度时的可靠度;对比强度的模糊性对可靠度计算结果的影响,分析不同隶属函数下的闸阀模糊可靠度。与传统随机可靠度计算方法相比,该方法对不确定性描述更合理,理论上对可靠度的计算更加准确。     

火灾影响下储罐热后屈曲行为分析

研究了火灾影响下立式钢制储罐的热后屈曲行为。基于固体双层火焰模型,首先利用有限元分析软件Abaqus计算目标储罐的温度场分布,然后将温度场作为结构分析中的热载荷,通过人工阻尼法求解储罐的热后屈曲行为。在不同的环境因素下,根据罐壁径向位移幅度与壁厚的比值来判别热后屈曲行为对罐体造成的破坏,同时利用耐火时间来判断不同因素对热后屈曲行为的影响。结果表明,罐体的变形程度与风速和源罐直径成正比,与储罐间距成反比。储罐合理的排列布置,能够增大储罐的耐火时间,并且提高最低临界屈曲温度,防止热后屈曲行为的发生。该研究对于避免火灾险情的升级和扩大,防治罐区多米诺效应具有指导作用。     

道化学安全评价法在LNG储罐安全评价中的应用研究

液化天然气(LNG)做为清洁能源近年来在我国得到广泛应用,随着LNG加气站建设规模日益扩大,发展合理的安全评价方法对LNG加气站选址与安全评估具有重要的现实意义。为此,首先利用计算流体力学(CFD)方法研究了围堰尺寸与风速对LNG泄漏扩散的影响规律,在此基础上对道化学评价方法进行改进,并利用改进后的模型对立式LNG储罐进行了分析。研究结果表明:储罐泄漏扩散的范围随着围堰尺寸的增大而增大,随着风速的增大而减小,这种变化规律在进行评价时应充分予以考虑;通过规定围堰尺寸补偿系数C_k与风速补偿系数C_c,改进道化学评价方法,使其在LNG储罐安全评级的应用中更准确灵活。     

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。     

工业建筑可靠性检测鉴定技术讲座(十七)

1 测试目的 在用工业建(构)筑物除了承受静荷载作用外,常常还承受各种动荷载(如:地震荷载、大型机械设备运行产生的振动与冲击荷载、吊车制动荷载、风荷载等)作用,使结构产生振动。结构在动荷载作用下的反应与结构本身的动力特性有很大关系,动荷载产生的动力效应有时远远大于相应静力效应,甚至不大的一个动荷载就可能使结构遭受破坏。因此,当存在较大振源或动荷载时,结构的振动特性测试与评价是结构可靠性检测的一项重要检测内容,结构振动测试技术不仅应用于寻找振源、振动强度、可靠性分析,还可应用于结构刚度、稳定性分析、结构隐患的检测和测。     

非随机过程的地震激励下埋地压力管道的非概率可靠性分析

在地震工程中,利用传统的随机过程模型来建立动态不确定荷载的随机过程模型,需要大量的时间历程实验样本。基于地震记录因受成本或实际因素限制导致的样本贫乏,且传统的随机过程的求解计算量巨大,提出了以非概率的集合理论凸方法为理论基础的非随机过程,以解决实际工程对地震荷载随机过程函数分布形式的灵敏问题;针对实际地震荷载的非平稳性随机性特征,结合区间模型和强度包络函数,建立了区间非平稳地震荷载模型;根据地面运动的时域非平稳特征,结合非随机过程振动理论,推导了埋地管道的动力响应;为了求解出的埋地管道在内压作用下的管道强度,采用了von-Mises第四强度理论,建立了非随机过程地震荷载下的埋地压力管道动力响应式;根据理论分析出的简化公式,结合非概率可靠性理论,针对某成品油管道进行了非概率可靠性实例分析。研究结果表明:在小样本情况下,利用凸模型理论可处理荷载的时变不确定性,可进行结构的非概率可靠性分析;这对只有小样本的实际工程的抗震可靠性分析具有指导作用,对建立地震激励下的结构的响应设计体系研究具有积极意义。