橘瓣式球罐結構設計以及軸為基準的詳細計算怎麼弄？

作者：由 ANSYS分析設計人發表于收藏時間：2022-05-01

球罐作為一種大容量且承壓的高效儲存壓力容器，在石油化工、夜景、城市燃氣等行業得到了廣泛的應用，儲存介質涵蓋了（丙烷、丁烷、丙烯、乙烯、液化石油氣、液氨等），也可作為壓縮氣體的（空氣、氧氣、氮氣等）的儲罐。操作溫度一般為-50~50℃，操作壓力一般在3MPa以下。球罐結構的最大應力一般出現在支柱與殼體連線處，所以球罐的設計最重要的是保證此處應力評定透過，本例以一臺2000m3丙烯球罐為例，概述一下丙烯球罐在WB中的整體有限元分析。

在建立球罐的整體模型時，考慮到球罐的各種開口接管對於整體來說影響相對較小，從整體角度其影響作用只是區域性的，加之整體分析重點考查在各種載荷工況下支柱與球罐相接部位的應力狀況，因此在構建整體分析模型時可將各種接管忽略。球殼內壁考慮2mm的腐蝕裕量，鋼板負偏差為0。3，球殼內直徑為15704mm，球殼厚度取有效厚度43。7mm。考慮的載荷包括設計壓力、操作介質液柱靜壓、附件重量、風載荷、地震載荷、雪載荷及腐蝕層的重量。

幾何模型

本例球罐採用了各種單元的組合建模方法，因模型較大，球體採用Solid185增強應變單元，可在計算精度與Solid186單元相當且能保證計算精度的情況下，大大減小單元和網格節點數量，進而保證計算效率和計算時間的大大提高；支柱部分：支柱與球體的連線處是應力重點考察區域，因而上半部分支柱同樣採用Solid185增強應變單元，而下半部分支柱並非重點考察物件，在採用Shell181單元的情況下同樣可減小單元和網格節點數量；拉桿部分採用Link180單元。需要注意的是：不同單元組合建模時候需要考慮不同單元之間的連線問題，杆單元具有三個自由度，殼單元具有六個自由度，實體單元具有三個自由度，雖然杆單元與殼單元具有不同的自由度，但杆單元與殼單元可以實現網格節點的共享，而殼單元與實體單元則無法實現網格節點的共享，因而在殼單元與實體單元連線處需採用繫結接觸將二者聯絡起來，詳細幾何模型見下圖：

網格劃分

網格劃分採用全六面體網格劃分，相對於實體部分，球體部分結構規則可切分出可掃掠的體，但球體與支柱連線部分因結構非常不規則，難以進行切分，但可劃出以六面體主導的網格，採用殼單元和杆單元的支柱和拉桿部分網格劃分則較為簡單，同時根據應力分析的需求將支柱與球體連線部分網格細化，而其它部分網格可粗化，在保證計算精度的前提下同時提高計算效率。

載荷施加

本例中只列出了一種計算工況：設計壓力+結構附件及腐蝕層的重量+操作介質液柱靜壓+25%風載荷+地震載荷+雪載荷，其中結構附件及腐蝕層的重量與球體重量一起採用密度折演算法，以等效密度並施加重力速度的方法考慮球體及附件重量，操作介質液柱靜壓以WB中液柱靜壓力功能施加，風載荷以集中力形式施加，地震載荷以水平加速度施加，雪載荷以質量點形式施加。