新型干式煤氣柜結(jié)構(gòu)的非線性屈曲與穩(wěn)定研究.pdf

1、新型干式煤氣柜屬于大型空間薄壁組合殼體結(jié)構(gòu)，柜體為縱環(huán)加筋圓柱殼，柜頂和活塞均為徑環(huán)加筋扁球殼。新型干式煤氣柜主要用于儲存高壓煤氣，嚴(yán)格控制柜體內(nèi)壓彎曲變形是保證結(jié)構(gòu)氣密性和正常運(yùn)行的關(guān)鍵。同時，針對這種大型結(jié)構(gòu)，縮尺模型試驗是結(jié)構(gòu)預(yù)研和安全使用不可回避的需求。本文首先基于空間殼體理論和彈性地基梁理論，提出了柜體彎曲變形分析的兩種改進(jìn)方法。隨后，利用改進(jìn)的能量法縮尺原理，對加筋圓柱曲板和圓柱殼的預(yù)壓自振和屈曲相似模擬、線性和非線性穩(wěn)定相

2、似模擬、徑環(huán)加筋扁球殼的自振相似模擬及縮尺原理在柜體的應(yīng)用進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究，主要包括以下幾方面內(nèi)容：
　?、倩诟倪M(jìn)的離散加筋法和彈性地基板條梁法，對柜體受局部內(nèi)壓作用下的彎曲變形進(jìn)行了分析。提出了局部內(nèi)壓作用的環(huán)向加筋圓柱殼和局部均布荷載作用的彈性地基板條梁簡化力學(xué)模型，分別采用改進(jìn)的離散加筋法和彈性地基板條梁法，對新型干式煤氣柜柜體受局部內(nèi)壓作用下的彎曲變形進(jìn)行了分析，并與密加筋法結(jié)果和有限元結(jié)果進(jìn)行了對比。在此基礎(chǔ)上，給

3、出了判定環(huán)向加筋圓柱殼密肋、稀肋的方法。結(jié)果表明，改進(jìn)的彈性地基板條梁法具有適用性強(qiáng)、精度高、效率好的優(yōu)點(diǎn)；當(dāng)環(huán)向加筋間距dr＞3.875(Rt)1/2時，改進(jìn)離散加筋法計算效率較高。
　　②基于結(jié)構(gòu)體系的總能量，建立了考慮預(yù)壓變形的屈曲和自振的廣義相似條件及縮尺原理公式。首次考慮剛度參數(shù)公式，對不完全相似縮尺原理進(jìn)行了完善。在保證剛度縮尺因子不變的前提下，可對一些參數(shù)進(jìn)行改變。通過求解關(guān)于加筋肋釋放了扭轉(zhuǎn)常量相似方程的非線性方程

4、組，可以獲得加筋肋材料發(fā)生變化模型的等效加筋肋幾何尺寸。完全相似和不完全相似分析表明：模型結(jié)果結(jié)合相應(yīng)的縮尺原理公式均能較好地預(yù)測其對應(yīng)原型的結(jié)果。
　?、凼状慰紤]結(jié)構(gòu)剛度參數(shù)公式，構(gòu)建了完善的徑環(huán)加筋扁球殼軸對稱振動的廣義相似條件和縮尺原理公式。通過簡單的算例驗證，確保了理論公式推導(dǎo)的正確性。研究了無量綱加筋截面積、偏心距和慣性矩等參數(shù)對結(jié)構(gòu)基本動力特性的影響。然后，基于完善后的縮尺原理公式進(jìn)行了完全相似和不完全相似縮尺振動研究

5、。結(jié)果表明：完全相似和不完全相似縮尺模型均能較好地預(yù)測其對應(yīng)原型的基本動力特性。當(dāng)模型與原型的加筋滿足截面積、一階矩和二階矩與對應(yīng)加筋間距比值相似時，模型加筋截面可采用與原型不同的形式，為試驗?zāi)Ｐ偷脑O(shè)計提供了較大的選擇空間。
　?、芑谀芰糠ń⒘思咏顖A柱殼線性屈曲的廣義相似條件和縮尺原理公式，采用有限元仿真的手段對軸壓和側(cè)壓作用的加筋圓柱殼進(jìn)行了線性屈曲相似模擬。通過驗證文獻(xiàn)算例，保證了有限元分析的正確性和可靠性。研究了不同長徑

6、比、不同邊界條件和不同加筋截面形式對軸壓和側(cè)壓作用的加筋圓柱殼線性屈曲相似模擬的影響。結(jié)果表明：完全相似和不完全相似模型均能較好地預(yù)測原型的線性屈曲特性。完善后的線性屈曲縮尺原理適用于不同長徑比、不同邊界條件和不同加筋肋截面形式的加筋圓柱殼。
　?、菔状慰紤]變形縮尺因子，發(fā)展了加筋圓柱殼非線性穩(wěn)定的縮尺原理。首先通過驗證文獻(xiàn)非線性穩(wěn)定算例，確保有限元分析的正確性和可靠性。接下來，基于一階特征值屈曲模態(tài)缺陷和理想擾動位移缺陷，通過有

7、限元仿真的手段系統(tǒng)地開展了縱環(huán)加筋(矩形和T型)圓柱殼非線性穩(wěn)定的相似模擬。結(jié)果表明：完全相似和不完全相似模型均能較好地預(yù)測其對應(yīng)原型的非線性穩(wěn)定特性。隨模型與原型泊松比偏差的增大，原型的平衡路徑曲線預(yù)測結(jié)果與有限元結(jié)果的偏差逐漸增大。發(fā)展的非線性穩(wěn)定縮尺原理適用于不同長徑比、不同邊界條件和不同加筋肋截面形式的加筋圓柱殼，為更真實(shí)地預(yù)測原型結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定承載特性提供了參考。
　?、拊谇懊嬲鹿?jié)研究的基礎(chǔ)上，不考慮立柱的有利影響，采用僅含

8、環(huán)向加筋的截斷柜體作為計算單元，對新型干式煤氣柜柜體的線性屈曲和非線性后屈曲及自振相似模擬進(jìn)行了探討。線性屈曲和自振相似模擬表明，完全相似和不完全相似縮尺模型，均能較好地預(yù)測其對應(yīng)原型的線性屈曲和自振特性。后屈曲相似模擬結(jié)果表明，對于兩端固支和上端簡支下端固支的截斷柜體，當(dāng)缺陷因子較小時，模型能較好地預(yù)測其對應(yīng)原型的平衡路徑，當(dāng)缺陷因子較大時，模型僅能較好地預(yù)測其對應(yīng)原型平衡路徑的變化規(guī)律。在平衡路徑末端，模型與其對應(yīng)原型的屈曲模態(tài)相同