XXXXX低温液体罐式集装箱产品结构强度计算书
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******************************************************************************* ***独立塔基础计算机辅助设计(CTCAD2002 For Windows)计算书******************************************************************************* ***项目号: 2014712-4图纸编号:设备名称: LNG储罐设备编号:计算日期: 09/13/14 计算时间: 10:37:10*************************************设计依据*************************************建筑结构荷载规范(GB50009-2012)混凝土结构设计规范(GB50010-2010)建筑地基基础设计规范(GB50007-2011)高耸结构设计规范(GBJ135-2006)石油化工塔型设备基础设计规范(SH3030-2009)构筑物抗震设计规范(GB50191-2012)*************************************原始数据*************************************★★塔基础及地基类型[set_1]塔基础类型------------ 圆柱式地基类型-------------- 天然地基★★垂直及水平荷载[set_2]设备自重-------------- 525.5(kN) 结构重要性系数-------- 1.0设备保温层重---------- 0.0(kN) 基本风压--------------0.40(kN/m^2)设备防火层重---------- 0.0(kN) 体型系数-------------- 0.60设备内充水重---------- 639.0(kN) 风振系数-------------- 考虑平台及梯子重---------- 0.0(kN) 地面粗糙度类别-------- B类设备内操作介质重------ 639.0(kN)★★塔体几何尺寸[set_3]塔分段数-------------- 1(段)塔段塔段高外径壁厚保温厚第1段23494(mm) 3820(mm) 10(mm) 0(mm)裙座高度-------------- 0(mm) 底座环外径------------ 3940(mm)裙座外径-------------- 3240(mm) 底座环内径------------ 2570(mm)裙座壁厚-------------- 10(mm) 平台类型--------- 独立平台(有直梯)裙座防火层厚---------- 0(mm) 平台间距-------------- 3500(mm)★★螺栓几何尺寸[set_4]地脚螺栓类型---------- 锚板螺栓地脚螺栓丝扣长-------- 150(mm)地脚螺栓直径---------- 42(mm) 设备0度与建北夹角----- 0.000(度) 地脚螺栓个数---------- 12(个) 螺栓中心圆直径-------- 3240(mm)地脚螺栓露头长-------- 200(mm) 螺栓初始角------------ 0.000(度)★★基础材料及几何尺寸[set_5]基顶标高-------------- 0.800(m) 混凝土强度等级-------- C35地面标高-------------- 0.000(m) 热扎钢筋种类---------- HRB400基底标高-------------- -2.000(m) 保护层厚度------------ 50(mm)圆柱外径-------------- 4000(mm) 选用最大钢筋直径------ 25(mm)★★天然地基参数[set_6]地基承载力特征值------ 180(kN/m^2) 地基变形-------------- 计算基底以上土加权平均重度18(kN/m^3) 地震作用-------------- 考虑基底以下土重度-------- 18(kN/m^3) 地下水位到地面的高度-- 2(m) 宽度修正系数---------- 0.15 抗震设防烈度---------- 7度(0.15g)深度修正系数---------- 1.40 设计地震分组---------- 第二组抗震承载力调整系数---- 1.30 场地类别-------------- Ⅱ类土分层数-------------- 2-----------------------------土层参数信息----------------------------土层土层厚度压缩模量第1层2000(mm) 8.000(MPa)第2层10000(mm) 13.900(MPa)*************************************计算结果*************************************塔型设备的基本自振周期----------------- 0.497(s)塔型设备的加权平均重心高度------------- 12.547(m)-----------------------------风荷载标准值----------------------------基顶风弯矩基顶风剪力基底风弯矩基底风剪力基本风压作用时: 636(kN.m) 45(kN) 765(kN.m) 46(kN) 0.15kN/m^2作用时: 227(kN.m) 16(kN) 273(kN.m) 17(kN)----------------------------地震作用标准值---------------------------基顶地震弯矩--------- 1191(kN.m) 基顶地震剪力--------- 101(kN)基底地震弯矩--------- 1527(kN.m) 基底地震剪力--------- 123(kN)--------------------------基顶荷载效应组合值---------------------------------------------------------标准组合-------------------------------荷载组数基顶垂直力基顶总弯矩基顶总剪力荷载组合形式第1组1165(kN) 636(kN.m) 45(kN) 正常生产第2组1165(kN) 227(kN.m) 16(kN) 充水试压第3组526(kN) 636(kN.m) 45(kN) 停产检修第4组1165(kN) 1318(kN.m) 110(kN) 地震作用-------------------------------基本组合-------------------------------荷载组数基顶垂直力基顶总弯矩基顶总剪力荷载组合形式第5组1397(kN) 890(kN.m) 64(kN) 正常生产,永久荷载对结构不利第6组1572(kN) 0(kN.m) 0(kN) 正常生产,永久荷载起控制作用第7组1165(kN) 890(kN.m) 64(kN) 正常生产,永久荷载对结构有利第8组1334(kN) 318(kN.m) 23(kN) 充水试压,永久荷载对结构不利第9组1572(kN) 0(kN.m) 0(kN) 充水试压,永久荷载起控制作用第10组1165(kN) 318(kN.m) 23(kN) 充水试压,永久荷载对结构有利第11组526(kN) 890(kN.m) 64(kN) 停产检修,永久荷载对结构有利第12组1461(kN) 1726(kN.m) 145(kN) 地震作用,永久荷载对结构不利第13组1165(kN) 1726(kN.m) 145(kN) 地震作用,永久荷载对结构有利-----基底荷载效应组合值(不包括地面以下基础自重与底板以上回填土重)------------------------------------标准组合-------------------------------荷载组数基底垂直力基底总弯矩基底总剪力荷载组合形式第1组1416(kN) 765(kN.m) 46(kN) 正常生产第2组1416(kN) 273(kN.m) 17(kN) 充水试压第3组777(kN) 765(kN.m) 46(kN) 停产检修第4组1416(kN) 1680(kN.m) 132(kN) 地震作用-------------------------------基本组合-------------------------------荷载组数基底垂直力基底总弯矩基底总剪力荷载组合形式第5组1699(kN) 1071(kN.m) 65(kN) 正常生产,永久荷载对结构不利第6组1911(kN) 0(kN.m) 0(kN) 正常生产,永久荷载起控制作用第7组1416(kN) 1071(kN.m) 65(kN) 正常生产,永久荷载对结构有利第8组1635(kN) 383(kN.m) 23(kN) 充水试压,永久荷载对结构不利第9组1911(kN) 0(kN.m) 0(kN) 充水试压,永久荷载起控制作用第10组1416(kN) 383(kN.m) 23(kN) 充水试压,永久荷载对结构有利第11组777(kN) 1071(kN.m) 65(kN) 停产检修,永久荷载对结构有利第12组1763(kN) 2199(kN.m) 173(kN) 地震作用,永久荷载对结构不利第13组1416(kN) 2199(kN.m) 173(kN) 地震作用,永久荷载对结构有利---------------------------基础底板直径选择---------------------------正常生产时最小基础底板直径------------------ 4134(mm)充水试压时最小基础底板直径------------------ 4000(mm)停产检修时最小基础底板直径------------------ 4000(mm)地震作用时最小基础底板直径------------------ 4425(mm)最终计算结果:基础底板直径------------------ 4450(mm)深宽修正后的地基承载力特征值---------------- 222(kPa)调整后的地基抗震承载力特征值---------------- 288(kPa)-------------------------标准组合下地基反力-------------------------荷载组数平均土压力最大土压力最小土压力第1组138(kPa) 227(kPa) 50(kPa)第2组138(kPa) 170(kPa) 107(kPa)第3组97(kPa) 186(kPa) 9(kPa)第4组138(kPa) 341(kPa) 0(kPa)-------------------------基本组合下地基反力-------------------------荷载组数平均土压力最大土压力最小土压力等效均布荷载第5组157(kPa) 280(kPa) 33(kPa) 227(kPa)第6组170(kPa) 170(kPa) 170(kPa) 123(kPa)第7组138(kPa) 262(kPa) 15(kPa) 209(kPa)第8组153(kPa) 197(kPa) 108(kPa) 147(kPa)第9组170(kPa) 170(kPa) 170(kPa) 123(kPa)第10组138(kPa) 183(kPa) 94(kPa) 133(kPa)第11组97(kPa) 223(kPa) 0(kPa) 169(kPa)第12组161(kPa) 437(kPa) 0(kPa) 375(kPa)第13组138(kPa) 441(kPa) 0(kPa) 377(kPa)---------------配筋计算(钢筋面积前面带G 者为构造配筋)-----------------------------------圆柱式塔基础底板内力及配筋---------------------基础底板总厚度-------- 250(mm) 底板边缘厚度---------- 250(mm)配筋控制点每米宽板弯矩作用半径每米宽板配筋选筋底板上层最大径向: 0(kN.m) 2000(mm) G 294(mm^2) 47Φ10均布底板上层最大环向: 0(kN.m) 2000(mm) G 201(mm^2) Φ8@250底板下层最大径向: 10(kN.m) 2000(mm) G 375(mm^2) 47Φ12均布底板下层最大环向: 2(kN.m) 2000(mm) G 375(mm^2) Φ10@200------------------------------圆柱配筋------------------------------圆柱配筋总面积--------G 6283(mm^2) 圆柱选配钢筋---------- Φ12@200 --------------------------塔基础沉降计算----------------------------塔基础边缘最小沉降值------ 31.528(mm)塔基础边缘最大沉降值------ 31.528(mm)塔基础平均沉降值---------- 31.528(mm)塔基础沉降倾斜值---------- 0.00000基础混凝土强度等级C35;共计35.9立方米垫层混凝土强度等级C10;共计 1.7立方米******************************文件结束******************************。
低温储罐综述引言随着国民经济的快速发展和低温技术的普及, 液氮、液氧、液氩、液氢、液氦、液化天然气等低温液体的应用日趋广泛, 各行各业对贮存和输送低温液体的低温容器的需求不断增长。
尤其是近几年, 随着改革开放的深入, 国外主要跨国气体公司竞相在我国建立合资企业, 带来了先进的空分设备、技术和管理, 使我国低温液体的产量大幅度提高, 供应的地区和范围不断扩大, 价格大幅度降低( 如液氮和液氧价格从2¥/kg左右, 降低到1¥/kg左右) , 促进了低温液体的应用, 带动了我国低温容器的发展, 使低温容器成为一个新兴的行业。
近年来国际油价持续攀升, 替代能源特别是清洁能源越来越受到人们的关注。
由于沿海经济发达地区资源匮乏, 天然气需求较大, 且在城市燃气、发电、化工等应用方面已具备完善的基础设施, 形成发展液化天然气产业的有利条件, 近年来中国LNG项目得到了迅速发展。
天然气基本成分是甲烷, 与煤炭、石油并称目前世界一次能源的三大支柱, 其蕴藏量和开采量都很大。
由于天然气的产地往往不在工业集中或人工密集的地区, 因此天然气的开发必须解决运输和储存问题。
液化后的天然气(LNG) 在0.1MPa 压力和112K 温度下, 密度是标准状态下甲烷气体的600 多倍, 体积能量密度是汽油的72%, 十分有利于输送和储存。
近年来, LNG 广泛应用于天然气发电、城市居民生活燃料、工业燃料、天然气空调、LNG汽车等领域, LNG的生产和应用已经形成了成熟的产业链。
天然气液化后其体积缩小到原来体积的1/625,通常储存在温度为112 K、压力为0. 1MPa左右的低温储罐内, 其密度为标准状态下甲烷密度的600多倍。
作为储存、运输液化天然气的装置, 液化天然气储罐属于低温压力容器, 具有体积小、储存运输方便等特点。
LNG的主要成分为甲烷(含量为90-%98%) ,具有易燃易爆、低温特性和易膨胀扩散性, 其储运过程中的安全性问题不容忽视。
编号:ZPS-JS-279401GYY型铝合金运油半挂车产品设计计算说明书编写:审核:批准山东三星机械制造有限公司二0一三年四月1 产品简介该车为道路运输三轴半挂式罐式车辆(见图1),运输介质为汽油。
罐车的装卸方式为上装下卸。
罐体为卧式铝制焊接直筒结构,罐体横截面为椭圆形,罐内设置9块防波板。
罐体内径为2482×1982mm,长度为11530mm,容积为46.2m3。
罐体的主体材料为铝合金5083,罐体上部设置DN500mm防爆人孔2个,DN80mm呼吸阀2个。
行走机构采用空气悬挂系统、单胎结构,利用空气悬挂系统独特的变刚度、低振动频率、抗道路凹凸冲击的特性, 能有效隔断路面传递的振动,更加有效地提高了汽车乘坐舒适性、行驶平顺性及操纵稳定性,同时还具有可以减少汽车自重、提高运行速度、减少路面破坏等多项性能。
罐体下部设置DN100卸料口1个。
罐体前部设置外扶梯,罐体顶部设置操作平台,侧部设置卸料箱,工具箱等。
图1 9401GYY型铝合金运油半挂车简图2 设计参数的确定2.1 设计条件1)三轴半挂式罐式车辆,装卸方式为上装下卸,重力装、卸料;2)罐体设计代码 LGBF3)运输介质:汽油。
汽油的物化特性:GB12268 编号 1203,类别3;HG 20660易燃程度:易燃(在空气中爆炸限1.3%~6.0%);熔点<-60℃,沸点70℃~200℃;饱和蒸气压(绝压):0.00732MPa (50℃);密度γ=0.760x103 kg/m3 (50℃)。
4)主要材质罐体、封头材质:5083(抗拉强度Rm≥275MPa;屈服强度ReL≥125MPa;断后伸长率A≥15%)。
车架材质:6061(抗拉强度Rm≥265MPa;屈服强度ReL≥245MPa;断后伸长率A≥9%)。
2.2 半挂车参数的确定根据GB1589《道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值》要求,三轴半挂车最大允许总质量为40000 kg,经与同类型车的比较分析,可知该车整备质量约为6500 kg, 额定载质量=最大允许总质量40000 kg-整备质量6500 kg=33500 kg。
箱体底部框架结构强度计算内容:一、强度计算说明二、有限元模型的建立三、添加材料力学参数四、有限元模型网格划分五、边界条件与载荷设置六、求解结果与分析七、结论2017年3月21日张胜伦一、强度计算说明该包装箱用于某天线的运输包装,以确保天线在存放、运转时的稳定、干燥,使后续的试验能正常顺利地进行,并保证试验过程中产品质量与安全。
其主要安装方式为将天线吊装固定于转接板组件上,再将转接板组件固定于包装箱内的运输支撑板上,之后将箱盖吊装于包装箱底框架上,对正箱底对应安装槽,使用锁扣固定箱盖与底框架,完成天线的包装。
本次分析主要针对包装箱的转接板和底部焊接框架,分析其变形量和强度、刚度是否满足产品使用要求。
下图为为箱体底部框架的结构示意图。
图1 包装箱结构示意图对箱体底部框架的线性静力学强度计算,其过程如下:1、建立箱体底部框架的结构模型与静力学计算模型;2、设置箱体底部框架的材料力学性能参数;3、进行结构化网格划分;4、编辑合理的边界条件和荷条件;5、运用线性静态结构求解器进行求解;6、在后处理模块中加载模型的变形、等效应力情况;7、根据计算结果,得出结论。
经过长时间的求解计算,最终得出箱体底部框架的线性静力学强度计算结果。
二、有限元模型的建立本研究中,由于箱体底部框架的一些零件形状结构比较复杂,所以本研究中在不影响整体就够强度的前提条件下对复杂零件进行简化。
忽略对箱体底部框架强度影响较小的零部件如螺栓、螺母、扣减以及包装箱内的物品。
如图2,为箱体底部框架的详细设计结构模型。
图2 箱体底部框架详细设计模型箱体底部框架的各个零部件均是由焊接、铆钉连接或者螺栓连接,所以零件上存在大量的焊缝、铆钉孔或者螺栓孔,这些焊缝间隙和孔的尺寸相对于箱体底部框架的整体结构而言很小。
而大量的间隙和小孔的存在会在很大程度上影响箱体底部框架整体结构的网格划分,且导致求解不收敛,所以在力学模型中大量的焊缝、铆钉孔和螺栓孔被忽略。
技术平台62017年第4期象。
如果前两步做起来有困难,我们建议采用第二步和用隐藏摄像机获得持证人的一组图像是比较切实可行的方案,但摄像机应具有高分辩率。
2 输入的处理过程处理部分由预处理、特征提取和匹配三个步骤组成。
硬件要求为图形工作站,在实验阶段也可采用高挡微机代替,但需配备图像处理卡、图形加速卡等器件。
第一步是预处理证件像片成像角度的求取:研究确定一种算法,求取证件像片中人脸成像的角度 (在三维空间中考虑立体情形》。
第二步是持证人对应角度脸像的获取:当输入人脸必须进行这一步。
此时需要利用持证人的一个图象序列恢复其三维立体信息,然后选定角度求出与证件像片角度一致的一帧图像。
这是AFR问题中最具挑战性的难题。
第三步是滤除图像噪声:成像时由于器材的原因会造成一定的噪声,在进一步处理时需对噪声校正:由于成像时成像系统、光照条件等的不同,造成了证件上人脸像与持证人脸图像之间存在很大的灰度反差,而且这种反差不是简单的线性关系,必须根据二者成像的光照模型进行一定的灰度校正。
头部与背景的分割在对持证人成像时,图象中一般有着各种背景,在提取图象特征的时候需要将人头从背景中分割开的工作比较困难,已有许多文献研究过这一问题,有些方法是相当有效的。
3 局部特征的提取人脸组成了一类非常相似的物体,所有的人脸几乎由同样的几何特征所构成,人脸的分析识别需要利用脸部或特征结构的细微差别,这是极其困难的。
人脸的特征从视觉上看主要表现在脸形、眼、嘴、鼻、耳、眉毛、额头、额骨、皮肤、胡须、头发等方面。
由于我们的课题是针对两种相隔一段时间的人脸像,胡须、头发等易变因素对于我们不太重要。
因为证件像片是人的正面像,从侧面才可看出的特征信息也是没有办法利用的。
另外人脸还有一些内在的特征,这些特征是看不出的,必须要经过一定的变换或分析才能得到,发生不同程度的影响,这是项目研究中必须加以重视的。
4 结语我们需要研究哪些特征在这些情况下比较稳定以及它们的提取方法。
- 45 -工 业 技 术0 引言当前我国工业经济社会飞速发展,液体箱在液体运输和气体储存与移动式运输等诸多方面有较广泛的应用,凭借其投资额度小、实际装载能力大、运输安全性能高和成本效益强等诸多优势,得到了各行各业的广泛青睐。
其具有较高的安全可靠性、稳定性和足够的强度,更是保证液体危险品安全运输的重要支撑。
在考虑液体箱结构设计和实际使用过程中复杂度不断提升这一基本前提下,液体箱的设计往往参照ISO 标准进行规范分析,液体箱的框架结构设计、强度设计以及罐体连接部位设计应用水平不断提升,但强度分析与优化设计仍旧存在一定问题,因此,对液体箱的强度分析与优化设计进行深入探讨与研究有其必要应用价值。
1 液体箱强度计算判据 不论是在液体箱的规则设计,还是在液体箱的应力结构分析过程中,强度计算判断依据都主要涉及材料应力设计和结构应力设计两大部分内容。
在液体箱的正常运输过程中,当液体箱处于惯性力荷载作用时,罐体、罐体框架甚至连接部位的材料屈服强度除以1.5计算,即:许用应力 = Re/1.5 ,尽可能地保证液体箱连接部位在惯性力荷载下正常工作。
在液体箱的应力分析和强度判断过程中,根据液体箱检验标准和相关依据可知,液体箱的板壳单元实际应力判断对象中心为单元中心点,且应选择表面应力值的最大合成值。
在我国,罐式集装箱的相关检验标准和规程中明确指出,罐式集装箱的有限元计算规则主要依赖于板、壳单元的分类,判断对象应该为罐式集装箱的单元中心点和表面应力值的最大合成值。
也就是说,罐式集装箱有限元板、壳单元的应力表面弯曲应力值和中部应力值的平均合成值大小,即为罐式集装箱应力值大小的最终确定。
在此过程中,罐式集装箱应力值最终合成过程中的平面y 方向的合成正应力与单元平面x 方向的合成剪应力,最终得到最大合成应力。
在惯性力条件下,罐式集装箱的整体或部分单元的危险截面最大合成应力值大小应满足相关条件。
与此同时,根据国家关于钢制压力容器分析的相关标准和规程可知,以弹性计算为基础计算原理的压力容器分析过程中依照塑性失效准则、弹塑性失效准则,应分别采用应力分类的方式精确计算,实际评定办法主要根据板壳结构评定方法相互区分。
行业标准《液体危险货物罐式集装箱》安全附件、管路及安全泄放装置设计计算等内容行业标准《液体危险货物罐式集装箱》Industry Standard(Dangerous Liquid Tank Container)安全附件、管路及安全泄放装置设计计算等内容Safety Equipment/Pipes/Flow Rate calculation6.15管路系统Pipe System6.15.1管路系统在设计和安装上应能防止被意外开启及在运输及装卸过程中被卸掉或损坏。
如果框架与罐体的连接允许各辅助设备之间的相对运动,则各项设备都应紧固得足以使这种相对活动不致损害各工作部件。
Pipe systems shall be designed to prevent unintentional opening, and protected against the risk of being wrenched off or damaged during handling and transportation.6.15.2管路和阀门应采用塑性良好的金属制造,并与装载的介质相容。
阀体不应采用铸铁或非金属的材料。
Ductile metals shall be used in the construction of valves and accessories, and compatible with the products to be loaded. Valve bodies should not been produced from cast iron or non-metal materials.6.15.3管路的设计、制造和安装应避免热胀冷缩、机械颤动或振动等所引起的损坏,必要时应考虑补偿结构,并符合下列要求:Piping shall be designed, constructed and installed so as to avoid the risk of damage due to thermal expansion and contraction, mechanical shock and vibration.管接头尽量采用焊接的连接方式。
液氨贮罐的设计及计算第一章贮罐筒体与封头的设计一、罐体DN、PN的确定1、罐体DN 的确定液氨贮罐的长径比L/Di一般取3~3.5,本设计取L/Di=3.2,由V=(πDi2/4) ·L=10L/Di=3.2得:Di =( 40/ 3.2π)1/3 =1.585 m= 1585 mm因圆筒的内径已系列化,由Di=1585 mm可知: DN=1600 mm2、釜体PN 的确定因操作压力P=16 Kgf/cm2,由文献 [1]可知:PN=1.6 MPa二、筒体壁厚的设计1、设计参数的确定p=(1.05-1.1) pw ,p =1.1×1.6MPa=1.76MPa,pc=p+p∵ p液< 5 % P ,∴可以忽略p液p c =p=1.76 MPa , t = 100 ℃,Ф=1(双面焊,100%无损探伤), c2=2 mm(微弱腐蚀)2、筒体壁厚的设计设筒体的壁厚Sn ′=14 mm,[σ]t=170MPa ,c1=0.8 mm由公式Sd =pcDi/(2 [σ]tФ-P c)+c 可得:S d =1.76×1600/(2×170×1-1.76)+ 2 +0.8=11.13(mm) 圆整Sn=12 mm∵Sn ≠ Sn′∴假设Sn= 14mm是不合理的. 故筒体壁厚取Sn=12 mm3、刚度条件设计筒体的最小壁厚∵ Di=1600 mm < 3800 mm ,Smin =2 Di /1000且不小于3 mm 另加 C2,∴ Sn=5.2 mm按强度条件设计的筒体壁厚Sn =12 mm >Sn=5.2 mm,满足刚度条件的要求.三、罐体封头壁厚的设计1、设计参数的确定p=(1.05-1.1) pw ,p =1.1×1.6MPa=1.76MPa,pc=p+p液,∵ p液< 5 % p ,∴可以忽略p液p c =p=1.76 MPa , t=40 ℃,Ф=1(双面焊,100%无损探伤), c2=2mm(微弱腐蚀)2、封头的壁厚的设计采用标准椭圆形封头,设封头的壁厚Sn ′=14 mm,[σ]t=170 MPa ,c1=0.8 mm由公式Sd =PcDi/(2 [σ]tФ-0.5Pc)+c 可得:Sd=1.76×1600/(2×170×1-0.5×1. 76)+ 2 +0.8=11.10 mm 圆整Sn=12 mm∵S n ≠ S n ′ ∴ 假设S n = 14mm 是不合理的. 故封头的壁厚取S n =12 mm3、封头的直边、体积及重量的确定因为是标准椭球形封头,由文献[2]可知:封头的壁厚S n =12 mm ,直边高度h =40 mm ,由Di =1600 mm 、 S n =12 mm ,由文献[2]可知:封头的体积V 封=0.616 m 3 、封头的深度h 1=400mm封头的重量: 269.2×2=538.4 kg四、筒体的长度设计及重量的确定由V =2V 封+V 筒 可得:V 筒=10-2×0.616=8.768 m 3V 筒=πDi 2L/4=8.768 m 3 可得:L =4363 mm 圆整:L =4360 mm筒体的重量: Di =1600 mm 、S n =12 mm 的筒体1 m 高筒节的重量为0.476(T) ∴ 4.36×0.476=2.08(T)第二章 贮罐的压力试验一、罐体的水压试验1、液压试验压力的确定液压试验的压力:p T =1.25p[σ]/[σ]t 且不小于(p+0.1) MPa ,当[σ]/[σ]t<1.8时 取其为1 则p T =1.25×1.76×1= 2.2 (MPa)2、 液压试验的强度校核由σmax =p T (Di +S n -c )/[2(S n -c)] =2.2(1600+12-2.8)/[2(12-2.8)]=192.4 (MPa)∵ σmax =192.4 (MPa)<0.9σs Φ=0.9×345×1=310.5 MPa ∴ 液压强度足够3、压力表的量程、水温的要求压力表的量程:2p T =2×2.2=4.4 (MPa) 或3.3MPa -8.8MPa ,水温≥15℃ 4、液压试验的操作过程在保持罐体表面干燥的条件下,首先用液体将罐体内的空气排空,再将液体的压力缓慢升至22Kgf/cm 2,保压10-30分钟,然后将压力缓慢降至17.6Kgf/cm 2,保压足够长时间(不低于30分钟),检查所有焊缝和连接部位,若无泄漏和明显的残留变形。
20英尺低温液体罐式集装箱产品结构强度计算书
(产品设计图号:XXXXXXXXX)
计算单位:XXXXXXXXXXXX有限公司
审查单位:中国船级社XXXXXXXXXX
二○一一年X X月
一、概述
本计算旨在确定该罐式集装箱(XXXXXXXXX)在各种工况下结构的应力水平,以确认其产品结构是否符合《集装箱检验规范》和《国际海运危险货物规则》中的有关要求。
本计算书的主要依据:
1.《集装箱检验规范》(中国船级社)
2.《国际海运危险货物规则》(IMDG CODE)
3.低温液体罐式集装箱设计图纸及相关技术资料(图号:XXXXXXXX)该罐式集装箱的基本设计参数见下表1-1说明。
表1-1XXXXXXXX罐式集装箱的基本设计参数
装载介质:XXX 罐箱最大总质量:30480 kg
罐体内罐封头设计厚度:16.81 mm 罐体内罐筒体设计厚度:16.94 mm
罐体外罐封头设计厚度:6.95 mm;腐蚀裕度:1.0 mm 罐体外罐筒体设计厚度:6.0 mm;腐蚀裕度:1.0 mm
罐体内罐体材料:SA – 612N设计压力(内罐/外罐):2.27/0.1 MPa 罐体外罐罐体材料:Q345R 屈服强度:345 MPa 许用应力:230 MPa 集装箱外框架材料:Q345-D 屈服强度:345 MPa 许用应力:230 MPa
本计算书包括的计算内容有:
■《国际海运危险货物规则》中规定的关于罐式集装箱进行的如下试验项目:堆码试验。
■《国际海运危险货物规则》中规定的在最大工作负荷下加如下惯性力:
1)在运动方向:总质量的两倍即2Rg,本罐箱需考虑前、后两个方向上的惯性力;
2)垂直向下:总质量的两倍即2Rg;
3)垂直向上:总质量即1Rg;
4)在与运动方向成直角的水平方向:总质量即1Rg。
本次计算应用了美国ANSYS公司开发的商用有限元ANSYS计算软件来进行该罐箱产品结构的分析与计算。
采用罐箱整体结构的有限元计算模型,其罐箱内外罐罐体、内外加强圈、连接圆筒、外框架梁等附件板结构均使用ANSYS计算软件中的板单元(SHELL181)来模拟,其罐体夹套内的八个玻璃钢支撑结构件使用ANSYS计算软件中的三维实体单元(SOLID185)来模拟。
罐箱结构的有限元计算模型下端四个角柱的底端为固支位移边界(即栓固)。
该罐箱整体结构的有限元计算模型共使用了307662个SHELL181单元、26496个SOLID185单元,共340898个节点。
XXXXXXXXX罐箱产品整体结构的有限元计算模型实体图及单元网格划分图见图1、2所示。
本计算书所给出的罐箱罐体和外框架结构上的应力均为Von Mises当量应力(对应于材料力学中的第四强度当量应力,下面以符号σxd4来表示),其应力单位为:N/mm2 即MPa。
图1 XXXXXX罐箱产品整体结构的有限元计算模型实体图
图2 XXXXXX罐箱产品整体结构的有限元单元网格划分图
二、堆码试验工况的计算
根据《国际海运危险货物规则》中规定的堆码试验项目要求:该型罐箱外框架的四个立柱顶端上需加不小于4×942000N的垂直向下的力,即外框架每个立柱顶端上所加的力F =942000N。
计算结果见下图3所示。
图3罐箱(外框架)结构在堆码试验工况下的σxd4 应力云图
由上述图3的应力计算结果云图表明:在堆码试验工况下,该型罐箱外框架角柱附近最大当量应力为308.9 N/mm2;另外,该型罐箱外框架角柱及框架梁结构材料的屈服强度为345.0 N/mm2。
三、常温环境下最大工作负荷加运输惯性力工况的计算
按《国际海运危险货物规则》中规定的在最大工作负荷下加运输各方向上的惯性力工况计算:1)另加在运动方向向前2g加速度的计算,下面简称前冲2g工况;2)另加在运动方向向后2g加速度的计算,下面简称后冲2g工况;3)另加垂直向下2g加速度的计算,下面简称下冲2g;4)另加垂直向上1g加速度的计算,下面简称上冲1g工况;5)另加与运动方向成直角的水平方向1g加速度的计算,下面简称侧冲1g工况。
考虑到该罐箱的内外罐罐体尤其是内罐结构属于压力容器设备,其设备结构主体及局部应力已按压力容器有关规范予以校核合格;因此,限于篇幅,本计算报告对该罐箱罐体中内罐及其附件结构上的应力不予输出,主要输出该型罐箱外罐罐体、前后连接圆筒与外框架梁结构上的(总体平均薄膜)应力值,以方便对罐箱产品结构进行(一次)强度校核。
1.在运输前冲2g工况下的计算结果
XXXXXXXXX罐箱产品结构在该运输工况下外罐罐体、连接圆筒、外框架梁等结构上的应力值见下图4、5、6所示。
由应力计算结果云图可知,外罐体上最大应力在前端下支撑垫板附近结构上,其值为129.3 N/mm2;连接圆筒上最大应力在前端连接圆筒与外框架梁连接附近区域上,其值为169.9 N/mm2;外框架上最大应力在前下角柱(若干刚架梁交汇处)下端局部区域上,其值为157.5 N/mm2。
图4罐箱(外罐体)结构在前冲2g工况下的σxd4 应力云图
图5罐箱(连接圆筒)结构在前冲2g工况下的σxd4 应力云图
图6罐箱(外框架梁)结构在前冲2g工况下的σxd4 应力云图
2.在运输后冲2g工况下的计算结果
XXXXXXXXX罐箱产品结构在该运输工况下外罐罐体、连接圆筒、外框架等结构上的应力值见图7、8、9所示。
同样,由其应力计算结果云图可知,外罐体上最大应力在后端下支撑垫板附近结构上,其值为125.8 N/mm2;连接圆筒上最大应力在后端连接圆筒与外框架梁连接附近区域上,其值为166.5 N/mm2;外框架上最大应力在后下角柱(若干刚架梁交汇处)下端局部区域上,其值为155.9 N/mm2。
图7罐箱(外罐体)结构在后冲2g工况下的σxd4 应力云图
图8罐箱(连接圆筒)结构在后冲2g工况下的σxd4 应力云图
图9罐箱(外框架梁)结构在后冲2g工况下的σxd4 应力云图
3.在运输下冲2g工况下的计算结果
XXXXXXXXX罐箱产品结构在该运输工况下外罐罐体、连接圆筒、外框架等结构上的应力值见图10、11、12所示。
同样,由其应力计算结果云图可知,外罐体上最大应力在前端下支撑垫板附近结构上,其值为192.9 N/mm2;连接圆筒上最大应力在前端连接圆筒与外框架梁连接附近区域上,其值为84.5 N/mm2;外框架上最大应力在前下角柱(若干刚架梁交汇处)下端局部区域上,其值为129.1 N/mm2。
图10罐箱(外罐体)结构在下冲2g工况下的σxd4 应力云图
图11罐箱(连接圆筒)结构在下冲2g工况下的σxd4 应力云图
图12罐箱(外框架梁)结构在下冲2g工况下的σxd4 应力云图
4.在运输上冲1g工况下的计算结果
XXXXXXXXX罐箱产品结构在该运输工况下外罐罐体、连接圆筒、外框架等结构上的应力值见图13、14、15所示。
同样,由其应力计算结果云图可知,外罐体上最大应力在前端上支撑垫板附近结构上,其值为95.4 N/mm2;连接圆筒上最大应力在前端连接圆筒与外罐前端封头连接附近区域上,其值为46.9 N/mm2;外框架上最大应力在外框架梁前端中部(与连接圆筒连接)局部区域上,其值为39.5 N/mm2。
图13罐箱(外罐体)结构在上冲1g工况下的σxd4 应力云图
图14罐箱(连接圆筒)结构在上冲1g工况下的σxd4 应力云图
图15罐箱(外框架梁)结构在上冲1g工况下的σxd4 应力云图
5.在运输侧冲1g工况下的计算结果
XXXXXXXXX罐箱产品结构在该运输工况下外罐罐体、连接圆筒、外框架等结构上的应力值见图16、17、18所示。
同样,由其应力计算结果云图可知,外罐体上最大应力在前端下支撑垫板(外加强圈)附近结构上,其值为108.9 N/mm2;连接圆筒上最大应力在前端连接圆筒与外框架梁连接附近区域上,其值为63.7 N/mm2;外框架上最大应力在外框架梁前端下部(与水平斜撑梁连接)局部区域上,其值为89.2 N/mm2。
图16罐箱(外罐体)结构在侧冲1g工况下的σxd4 应力云图
图17罐箱(连接圆筒)结构在侧冲1g工况下的σxd4 应力云图
图18罐箱(外框架梁)结构在侧冲1g工况下的σxd4 应力云图
四、结论
常温环境下,由XXXX设计与制造的XXXXXXXXX罐箱产品结构在堆码试验工况和承受运输(使用)各种惯性力时的应力计算结果可以看出:1)装满低温液体的集装箱产品结构在承受堆码试验工况(数值计算模拟,下同)时,该型罐箱产品的外框架结构部分σxd4 应力达到最大,其值为308.9 N/mm2;
2)装满低温液体的集装箱产品结构在承受运输垂直向下两倍总质量的惯性力(即下冲2g计算工况)时,该型罐箱产品的外罐罐体结构部分σxd4 应力达到最大,其值为192.9 N/mm2;
3)装满低温液体的集装箱产品结构在承受运输运动方向两倍总质量的惯性力工况(即前冲2g计算工况)时,该型罐箱产品的前后连接圆筒结构部分σxd4 应力达到最大,其值为169.9 N/mm2;
4)装满低温液体的集装箱产品结构在承受运输运动方向两倍总质量的惯性力工况(即前冲2g计算工况)时,该型罐箱产品的外框架梁结构部分σxd4 应力也达到最大,其值为157.5 N/mm2。
通过以上对罐箱产品结构各计算载荷工况下的应力计算结果的分析与比较表明:常温环境下,我公司设计与制造的XXXXXXXXX罐箱产品结构在考虑上述(各方向上)动态惯性力的影响时,其结构强度能满足《国际海运危险货物规则》(IMDG CODE)的有关规定要求。