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单盘式浮顶结构的有限元分析

2024-05-20 19:22阅读：

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编辑：杭州那泰科技 www.nataid.com
单盘式浮顶结构的有限元分析
单盘式浮顶结构如图所示，其中主要结构尺寸：R1和D1分别为浮舱的外半径和外径，R1=D1/2；R2和D2分别为浮舱的内半径(单盘半径)和内径；R0为浮顶的平均半径，R0=(R1+R2)/2，R为储油罐半径；H1和H2分别为浮顶外边缘板和内边缘板高度，H0为单盘板安装高度(距底板外边缘距离)，α为底板倾斜角。实际运行中的浮顶结构所受载荷主要包括：浮
顶自身重力G，储液的浮力pb和单盘上雨水的压力qw。由于浮顶沉入储液中的高度较小，因此储液对浮舱的侧压力可忽略不计。
首先有限元分析单盘板的受力情况。如图所示，以单盘板上距离中心r处的受力状态为例，单盘板所受外载荷为式中hw和hs分别为浮顶内外液面高度，ρ0和ρ1分别为雨水与储液的密度，qc=ρsgt为单盘板单位面积上的重量，其中ρs为单盘板材料密度，f(r)和t分别为单盘板的中面挠度(简称单盘板挠度)和厚度。当整个油罐上承受h0的名义降雨量时，等效到单盘板上的降水量he为单盘板上的雨水体积Ve由于单盘板变形而重新分成两部分，即Ve=V1+V2，式中V1和V2分别为单盘板上对应于内液面高度hw和单盘挠度f(r)的盛水体积。如果忽略单盘板径向变形(这一变形与单盘板半径相比很小)，根据上述体积关系可以得到：式中t/2是考虑单盘板厚度而产生的修正项，hc为当量挠度，且有：不计转动对浮顶船舱底面的影响(由于单盘上雨水载荷的作用，整个浮顶结构在环向有微小转动，但这一转动仅会引起船舱底面高度的微小变化)，浮顶结构在竖直方向的平衡方程为式中M为浮顶总质量(包括浮舱、单盘板以及相关附属设备等)。
利用式可以得到式中Hg的物理意义是表示浮顶由于自身重量而在储液中下沉的高度，hα表示由于浮舱底板倾斜角α引起的浮顶下沉高度，仅与浮顶的几何参数R1，R2和α有关，当底板水平(即α=0°)时hα=0。
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