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(chǔ)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(shí)，針對(duì)這種大型結(jié)構(gòu)，縮尺模型試驗(yàn)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(duì)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(duì)柜體受局部?jī)?nèi)壓作用下的彎曲變形進(jìn)行了分析。提出了局部?jī)?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(jiǎn)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(duì)新型干式煤氣柜柜體受局部?jī)?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(duì)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(shí)，改進(jìn)離散加筋法計(jì)算效率較高。
　?、诨诮Y(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(duì)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(duì)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(cè)其對(duì)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(duì)稱振動(dòng)的廣義相似條件和縮尺原理公式。通過簡(jiǎn)單的算例驗(yàn)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(duì)結(jié)構(gòu)基本動(dòng)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(dòng)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(cè)其對(duì)應(yīng)原型的基本動(dòng)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(duì)應(yīng)加筋間距比值相似時(shí)，模型加筋截面可采用與原型不同的形式，為試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷脑O(shè)計(jì)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(duì)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(yàn)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(zhǎng)徑

6、比、不同邊界條件和不同加筋截面形式對(duì)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(cè)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(zhǎng)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(yàn)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(dòng)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(cè)其對(duì)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(cè)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(zhǎng)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(cè)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?cái)喙耋w作為計(jì)算單元，對(duì)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(cè)其對(duì)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(duì)于兩端固支和上端簡(jiǎn)支下端固支的截?cái)喙耋w，當(dāng)缺陷因子較小時(shí)，模型能較好地預(yù)測(cè)其對(duì)應(yīng)原型的平衡路徑，當(dāng)缺陷因子較大時(shí)，模型僅能較好地預(yù)測(cè)其對(duì)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(duì)應(yīng)原型的屈曲模態(tài)相同