组合载荷作用下球罐的稳定性分析
机械毕业设计1574液压球型储罐有限元分析(论文)
摘要液化气球形储罐作为一种重要压力容器，在工业生产中有着非常广泛的应用，其分析设计和使用安全问题越来越引起国内外有关专家和工程技术人员的关注。
球罐结构的应力分析多采用有限元法，由于其结构和地震等载荷条件的复杂性，带来工作量庞大、设计周期长等问题。
如何处理好计算模型的有限元网格和载荷边界条件、提高分析设计的效率是值得研究的课题。
本文首先综述了钢制球罐结构设计特点、应力分析和强度评定标准。
然后针对钢制球罐，采用有限元ANSYS分析软件，分别进行了风载荷、地震载荷作用下的瞬态动力学分析，以及雪载荷作用下静力学分析。
最后介绍应力分类及强度评定标准。
关键词：球罐；有限元法；瞬态动力学；风载荷；地震载荷；雪载荷AbstractThe steel spherical tank has wide applications in petrol and chemical industry as important pressure vessels storing oil and gas. Its design analysis and safety assessment has attracted more and more attention of some experts and engineers.The FEM (finite element method) is popularly used in stress analysis of spherical tank. Due to the complexity of the structure and loads, e.g. the earthquake and wind load, how to deal with the finite element meshing of the model and the load boundary condition to increase the efficiency of design by analysis remains a valuable research subject.In this article, the structure design, stress analysis and strength evaluation criteria of the steel spherical tank were summarized at the beginning. Then we can use the software ANSYS of finite element analysis to working wind loads, earthquake loads under the transient dynamics analysis, and the snow loads under analytical. Finally, the kinds of stress and the evaluation criteria of strength have been introducted.Key words:spherical tank; finite element method; transient dynamics; wind load;earthquake load; snow load目录第1章概述 (1)1.1 引言 (1)1.2 液化石油气球形储罐的简介 (2)1.3球形储罐抗震设计研究现状 (6)1.4本文研究工作的目的和意义 (7)1.5本文的主要工作 (8)第2章 ANSYS在球罐应力分析中的应用 (9)2.1 有限元分析基本思路 (9)2.2 ANSYS软件 (11)2.3 时程分析法 (11)2.4应力数据处理方法 (12)第3章液化气球形储罐有限元计算模型的建立 (15)3.1 问题描述 (15)3.2 建模构想 (15)3.3 单元类型的选择及网格划分 (16)3.4 网格质量评判标准 (17)第4章液化气球形储罐有限元分析 (20)4.1 风载荷下瞬态动力学分析 (20)4.2 地震载荷下瞬态动力学分析 (24)4.3 雪载荷下静力学分析 (27)第5章液化石油气球形储罐的强度评定 (29)5.1应力分类及应力评定 (29)5.2强度评定 (30)结论 (31)参考文献 (32)致谢 (32)第1章概述1.1 引言随着科学技术的进步和工业的飞速发展，储存也逐渐成为工业生产工艺流程中不可缺少的部分。
过程设备设计复习题及答案
过程设备设计复习题及答案一、单选题1.压力容器导言所谓高温容器是指下列哪一种: （A ）A.工作温度在材料蠕变温度以上B.工作温度在容器材料的无塑性转变温度以上C.工作温度在材料蠕变温度以下D.工作温度高于室温GB150适用下列哪种类型容器: （B ）A.直接火加热的容器B.固定式容器C.液化石油器槽车D.受辐射作用的核能容器一个载荷稳定均匀的内压厚壁圆筒最好采用哪种设计准则: （B ）A 弹性失效B 塑性失效C 爆破失效D 弹塑性失效有关《容规》适用的压力说法正确的是: （B ）A.最高工作压力大于(不含液体静压力)B.最高工作压力大于等于(不含液体静压力)C.最高工作压力大于1MPa(不含液体静压力)D.最高工作压力大于等于1MPa(不含液体静压力)毒性为高度或极度危害介质PV>=的低压容器应定为几类容器: （C ）A.Ⅰ类B.Ⅱ类C.Ⅲ类D.不在分类范围影响过程设备安全可靠性的因素主要有: 材料的强度、韧性和与介质的相容性；设备的刚度、抗失稳能力和密封性能。
以下说法错误的是: （ B ）A.材料强度是指在载荷作用下材料抵抗永久变形和断裂的能力B.冲击吸收功是指材料断裂过程中吸收变形能量的能力C.刚度是过程设备在载荷作用下保持原有形状的能力D.密封性是指过程设备防止介质或空气泄漏的能力毒性为中度危害的化学介质最高容许质量浓度为: （B ）A.<m3m3内压容器中, 设计压力大小为50MPa的应划分为：（C ）A.低压容器B.中压容器C.高压容器D.超高压容器2.下列属于分离压力容器的是: （ C ）3. A.蒸压釜 B.蒸发器4. C.干燥塔 D.合成塔5.压力容器应力分析在厚壁圆筒中, 如果由内压引起的应力与温差所引起的热应力同时存在, 下列说法正确的是: （D ）A.内加热情况下内壁应力和外壁应力都有所恶化B.内加热情况下内壁应力和外壁应力都得到改善C.内加热情况下内壁应力有所恶化, 而外壁应力得到改善D.内加热情况下内壁应力得到改善, 而外壁应力有所恶化通过对最大挠度和最大应力的比较, 下列关于周边固支和周边简支的圆平板说法正确的是：（A）A.周边固支的圆平板在刚度和强度两方面均优于周边简支的圆平板B.周边固支的圆平板仅在刚度方面均优于周边简支的圆平板C.周边固支的圆平板仅在强度方面均优于周边简支的圆平板D.周边简支的圆平板在刚度和强度两方面均优于周边固支的圆平板下列有关受均布外压作用圆筒的失稳情况的叙述, 错误的是：（A ）A.失稳临界压力与材料屈服点无关B.受均布周向外压的长圆筒的临界压力与L无关C.很短的圆筒在受均布轴向压缩载荷时将出现对称失稳D.圆筒的形状缺陷对圆筒的稳定性产生很大影响下列不属于提高厚壁圆筒屈服承载能力的措施为：（D）A.增加壁厚B.采用多层圆筒结构, 对内筒施加外压C.自增强处理D.采用分析设计的方法下列有关不连续应力的叙述, 错误的为：（C ）A.不连续应力是由于结构不连续引起变形不协调造成的B.具有局部性与自限性的特征C.其危害程度比总体薄膜应力大D.脆性材料制造的壳体对不连续应力十分敏感下列关于局部载荷说法正确的是：（B ）A.对管道设备附件设置支架, 会增加附件对壳体的影响B.对接管附件加设热补偿元件, 无明显意义C.压力容器制造中出现的缺陷, 会造成较高的局部应力D.两连接件的刚度差大小与边缘应力无明显关系外压的短圆筒, 失稳时, 出现的波形个数为：（C ）A.两个B.四个C.大于两个D.大于四个下列关于薄壳应力分析中应用的假设, 错误的是：（D ）A.假设壳体材料连续, 均匀, 各向同性B.受载后的形变是弹性小变形C.壳壁各层纤维在变形后互不挤压D.壳壁各层纤维在变形后互相挤压6.关于薄圆平板的应力特点, 下列表述错误的是：（B ）7. A.板内为二向应力, 切应力可予以忽略 B.正应力沿板厚分布均匀8. C.应力沿半径分布与周边支承方式有关 D.最大弯曲应力与（R/t）的平方成正比9.压力容器材料及环境和时间对其性能的影响在压力容器制造过程中应用最广的焊接方法是: （A ）A.熔焊B.压焊C.钎焊D.点焊一般高压容器的平盖制造用的钢材是: （C ）A.钢板B.钢管C.锻件D.铸件在焊接中力学性能得到明显改善, 是焊接接头中组织和性能最好的区域是：（B ）A.过热区B.正火区C.融合区D.焊缝下列不属于压力容器焊接结构的设计应遵循的原则的是：（D）A.尽量采用对接接头结构, 不允许产生未熔透缺陷B.尽量采用全熔透的结构, 不允许产生未熔透缺陷C.尽量减少焊缝处的应力集中D.尽量选用好的焊接材料下列焊接接头中可能出现的缺陷, 最危险的是：（A ）A.裂纹B.夹渣C.气孔D.未熔透下列金属会产生低温变脆的是: （B ）A.铜B.碳素钢C.铝D.奥氏体不锈钢磁粉检测属于: （D ）A.破坏性检验B.外观检查C.密封性检查D.无损检测下列关于硫化学成分在钢材中的作用说法正确的是：（C ）A.硫元素不是钢材中的有害元素。
过程设备设计第五到八章习题答案
第五章储运设备1 设计双鞍座卧式容器时，支座位置应按哪些原则确定？说明理由。
双鞍座卧式储罐的受力状态可简化为受均布载荷的外伸简支梁，由材料力学可知当外伸长度A=0.207时，跨度中央的弯矩与支座截面处弯矩绝对值相等，所以一般近似取A≤0.02L，其中L为两封头切线间的距离，A为鞍座中心线至封头切线间距离2）当鞍座邻近封头时，封头对支座处的筒体有局部加强作用，为充分利用加强效应，在满足A≤0.2L下应尽量满足A≤0.5R0 （R0为筒体外径）3卧式容器支座截面上部有时出现“扁塌”现象是什么原因？措施？原因：当支座截面处的圆筒不设加强圈，且A<0.5Ri时，由于支座处截面受剪力作用而产生周向弯矩，在周向弯矩作用下，导致支座处圆筒上半部发生变形，产生所“扁塌”现象。
措施：1）设置加强圈2)A<0.5Ri,使支座靠近封头布置，利用加强圈或封头的加强作用3）补设加强圈，且A<0.5Ri4 双鞍座卧式容器中应计算哪些应力？分析这些应力如何产生的？(1)圆筒上的轴向应力，由轴向弯矩引起2）支座截面处圆筒和封头上的切应力和封头的附加拉伸应力，由横向剪力引起3）支座截面处圆筒的周向弯曲应力，由截面上切应力引起4）支座截面处圆筒的周向压缩应力，通过鞍座作用于圆筒上的载荷所导致5 鞍座包角对卧式容器筒体应力和鞍座自身强度有何影响？鞍座包角θ时鞍式支座设计时需要的一个重要参数，其大小不仅影响鞍座处圆筒截面上的应力分布，而且也影响卧式储罐的稳定性及储罐支座系统的重心高低。
鞍座包角小，则鞍座重量轻，但是储罐一支座系统的重心较高，且鞍座处筒体上的应力较大。
常用包角有120，135，1506 在什么情况下应对双鞍座卧式容器进行加强圈加强？如卧式储罐支座因结构原因不能设置在靠近封头处，且圆筒不足以承受周向弯矩时，需设置加强圈以便与圆筒一起承载。
7 球形储罐特点？设计球罐时应考虑哪些载荷？各种储罐体形式的特点球形储罐应力分布均匀，承载能力大，设计时应考虑压力载荷，重量载荷，风载荷，雪载荷，地震载荷，和环境温度变化引起的载荷。
过程设备设计判断题
判断题第1章压力容器导言1.1 压力容器主要是由筒体、封头、开孔与接管、支座以及安全附件组成。
1.2 易燃介质是指与空气混合的爆炸下限小于10％或爆炸上限和下限之差小于等于20％的气体。
1.3 高压容器（代号H）和超高压容器（代号U）是典型的第一类压力容器。
1.4 压力容器中，封头与筒体之间一定要有密封装置。
1.5 压力容器在设计时只要满足企业要求就行了，不需要满足GB150.1.6 盛装毒性程度为高度危害介质的容器制造时，容器上的A、B类焊接接头应进行100%射线或超声检测。
1.7 压力容器分为三类：第一类压力容器，第二类压力容器，第三类压力容器，其中低压的具有极度毒性的压力容器属于第一类压力容器。
1.8 16MnR的含碳量约为0.016%.1.9 毒性程度为极度和高度危害介质，且PV乘积大于等于0.2MPa•m3的低压容器属于第三类压力容器。
1.10 所有毒性为高度危险的容器都属于第三类压力容器。
1.11 压力容器在生产工艺过程中的作用可分为：反应压力容器，换热压力容器，分离压力容器，储存压力容器。
其中反应压力容器最危险，而储存压力容器最安全。
1.12 某化工容器严格按照国际最新标准生产制造出来，当然它是满足企业的标准的。
1.13 所谓的高温容器是指工作温度在材料蠕变温度以上。
1.14 易燃介质压力容器的所有焊缝均应采用全焊透结构。
1.15 在过程装备设计中，为充分利用材料的强度，节省材料，减轻重量，应采用等强度设计。
1.16 Q235-B钢板可以用来制造毒性程度为高度危害介质的压力容器。
1.17 Q235－A钢板可以用来制造压力容器。
1.18 过程设备各零件的强度并不相同，整体强度往往取决于强度最弱的零部件的强度。
第2章压力容器应力分析2.1 壳体失稳时的临界压力随壳体材料的弹性模量E、泊松比的增大而增大，而与其他因素无关。
2.2 由于边缘应力出现在不连续处，因此它的危险性远远大于薄膜应力。
支柱对球罐外压稳定性影响的研究
支柱对球罐外压稳定性影响的研究魏冬雪【摘要】采用有限元方法,对受外压的球罐进行了4种工况下的特征值屈曲分析,研究了支柱对球罐球壳临界失稳外压的影响.研究结果表明,球壳在赤道带附近沿周向发生均布失稳,支柱的存在对球壳起到了加强作用,增大了球壳的临界失稳外压,重力对球壳的临界失稳外压影响不大.根据小挠度弹性理论公式计算得到的球壳临界失稳外压比较保守,能够满足球罐的刚度要求.【期刊名称】《石油化工设备》【年(卷),期】2018(047)006【总页数】4页(P51-54)【关键词】球罐;支柱;外压;稳定性【作者】魏冬雪【作者单位】中国寰球工程有限公司 ,北京 100012【正文语种】中文【中图分类】TQ053.203;TE972随着科技和经济的不断发展，球罐作为一种常见的储存设备，被越来越多地应用于各个领域[1]。
在球罐的设计和使用中，球壳常承受外压作用，当外压载荷增大到某一数值时，球壳会突然失去原来的形状发生失稳[2]。
国内的一些专家和学者对此进行了研究，苏文献等人[3]对比了中外压力容器标准中关于外压球壳的计算方法，吴晓红等人[4]分析了光壳和带加强肋的真空球罐的外压稳定性，任金平等人[5]研究了径向加强筋对球罐外压稳定性的影响，李斌等人[6]对仅承受均布外压的弹性支撑扁球壳进行了稳定性分析，蔡奕霖等人[7]研究了均布外压作用下复合材料扁球壳的屈曲和后屈曲行为并优化了格栅加筋方案。
但笔者认为这些问题的研究并不充分，现行设计标准中，计算球壳临界失稳外压的理论公式没有考虑支柱的影响，大多数学者在研究球罐外压稳定性时也通常忽略了支柱的作用。
支柱作为一种结构元件与球壳焊接在一起，同时还要承受球罐自身重量、介质重量、梯子平台以及其他附件的重量等载荷，重力导致的支柱反力作用在球壳上，是否会对球壳的临界失稳外压产生影响，带有支柱的球罐球壳外压稳定性将会受到何种影响，这些问题都有待研究。
屈曲分析是一种用于确定结构开始变得不稳定时的临界载荷和屈曲模态形状的技术，ANSYS提供了非线性屈曲分析和特征值(线性)屈曲分析两种方法[8-10]。
【精品】过程设备设计第三版(郑津洋)课后习题答案
过程设备设计题解1。
压力容器导言思考题1.压力容器主要由哪几部分组成?分别起什么作用？答：压力容器由筒体、封头、密封装置、开孔接管、支座、安全附件六大部件组成。
筒体的作用:用以储存物料或完成化学反应所需要的主要压力空间。
封头的作用:与筒体直接焊在一起,起到构成完整容器压力空间的作用.密封装置的作用：保证承压容器不泄漏。
开孔接管的作用：满足工艺要求和检修需要。
支座的作用:支承并把压力容器固定在基础上。
安全附件的作用：保证压力容器的使用安全和测量、控制工作介质的参数,保证压力容器的使用安全和工艺过程的正常进行。
2.压力容器应力分析思考题1. 何谓回转壳的不连续效应？不连续应力有哪些特征，其中β与两个参数的物理意义是什么？答:回转壳的不连续效应：附加力和力矩产生的变形在组合壳连接处附近较大,很快变小，对应的边缘应力也由较高值很快衰减下来，称为“不连续效应”或“边缘效应"。
不连续应力有两个特征：局部性和自限性.局部性：从边缘内力引起的应力的表达式可见，这些应力是的函数随着距连接处距离的增大,很快衰减至0.不自限性:连续应力是由于毗邻壳体，在连接处的薄膜变形不相等，两壳体连接边缘的变形受到弹性约束所致，对于用塑性材料制造的壳体，当连接边缘的局部产生塑性变形，弹性约束开始缓解,变形不会连续发展,不连续应力也自动限制，这种性质称为不连续应力的自限性。
β的物理意义：()Rt 4213μβ-=反映了材料性能和壳体几何尺寸对边缘效应影响范围。
该值越大,边缘效应影响范围越小。
Rt 的物理意义：该值与边缘效应影响范围的大小成正比。
反映边缘效应影响范围的大小.2. 单层厚壁圆筒承受内压时，其应力分布有哪些特征？当承受内压很高时,能否仅用增加壁厚来提高承载能力，为什么?答：应力分布的特征:周向应力σθ及轴向应力σz 均为拉应力（正值）,径向应力σr 为压应力(负值）。
在数xe β-值上有如下规律：内壁周向应力σθ有最大值，其值为：1122max -+=K K p i θσ,而在外壁处减至最小,其值为122min -=K p i θσ，内外壁σθ之差为p i ；径向应力内壁处为—p i ，随着r 增加，径向应力绝对值逐渐减小,在外壁处σr =0。
1500立方米球罐设计
1500M3球型储罐设计摘要球罐作为大容量、承压的球形储存容器，广泛应用于石油、化工、冶金等部门，它可以用来作为液化石油气、液化天然气、液氧、液氨、液氮及其他介质的储存容器。
也可作为压缩气体（空气、氧气、氮气、城市煤气）的储罐。
这次设计主要按照GB12337—1998《钢制球形储罐设计》进行设计本设计共分两部分，第一部分包括球罐的设计；第二部分为外文资料及其对应的中文翻译。
其中第一部分介绍了球罐的发展状况和应用场合、材料选择、球罐设计、结构确定、强度计算、绘图等内容。
以结构强度的设计计算为主，从基础理论、设计方法、结构分析、标准规定等方面进行了系统的阐述。
本球罐在1.77MPa的设计压力、常温的设计温度下设计，设计厚度为46mm，焊接接头系数 采用100%无损检测选用1.00，压力试验采用水压试验，水压试验压力为2.22MPa，球壳材料选Q345R,支柱采用赤道正切式支柱式支承，为了承受风载荷和地震载荷，保证球罐的稳定性，在支柱之间设置拉杆相连，球壳采用的是三带混合式，球壳分块少，板材利用率高，制造工作量小，焊缝短，焊缝个数少，检验量小，施工速度快，使球罐的施工质量易于保证，拉杆结构采用可调节式拉杆，使球罐平衡易于调节。
但在本次设计中由于设计者水平有限，所以难免会出现漏洞和不足，望指正。
关键词：球形储罐、压力容器AbstractAs a large-capacity tank, pressure the ball storage container, widely used in petroleum, chemical, metallurgical and other departments, it can be used as a liquefied petroleum gas, liquefied natural gas, liquid oxygen, liquid ammonia, liquid nitrogen, and other media storage container . Also available as compressed gas (air, oxygen, nitrogen, city gas) storage tankDesigned in accordance with the GB12337-1998 “Design of steel spherical tank”，this design is divided into two parts, the first part includes an overview and design of spherical tank including the calculation of spherical tank; the second part includes an English paper with 20,000 characters and its corresponding Chinese translation. The first section describes the development of the sphere and applications, material selection, spherical design, structure identification, strength calculation and so on.The most important is the calculation,and I also introduce the structural design ,the basic theory, design methods, structural analysis, standards.The spherical design at 1.77MPa pressure and Room temperature and the design thickness is 46mm. The use of welded joints coefficient selection of 100% non-destructive testing 1.00, and use the hydraulic pressure test with 2.22MPa, ball shell material selection,.I use the equator tangent pillar strut-type support.In order to bear wind and seismic loads and ensure the stability of spherical,I set a rod between the pillars ,and the three mixed spherical shell is made up witth only several parts.The using rate of the plate is small.There are a small number of welds and the length of the weldsis small.There is no need to do much test,so it is easy to make. In order to adjust the balance of the tank, I use the adjustable lind.However, in the design of this level ,as a result of the limitation of author’ knowledge,there must be fault and inadequacies, I hope you can help me find out the fault..Key words：Storage tanks, Pressure vessels目录1 前言 (7)1.1 球罐的特点 (7)1.2 球罐的分类 (8)1.2.1 按储藏温度分类 (8)1.2.2 按结构形式分类 (8)1.3 球罐的建造历史 (9)1.4 本球罐的设计要求 (9)1.5 球罐的设计参数 (10)1.5.1 压力 (11)1.5.2 温度 (12)1.5.3 厚度 (12)1.5.4 焊接接头系数 (14)1.5.5 压力试验 (15)1.5.6 气密性试验 (15)1.6 材料选用 (16)1.6.1 球罐材料准则 (16)1.6.2 球壳选材 (17)1.6.3 锻件用钢 (21)1.7 结构设计 (21)1.7.1 概况 (21)1.7.2 赤道正切柱式支座设计 (24)1.7.3 拉杆结构 (25)1.8 人孔和接管 (26)1.8.1 人孔结构 (26)2 强度计算 (33)2.1 设计条件 (33)2.2 球壳计算 (33)2.3 球罐的质量计算 (35)2.4 地震载荷计算 (36)2.4.1 自振周期 (37)2.4.2 地震力 (37)2.5 风载荷计算 (38)2.6 弯矩计算 (38)2.7 支柱的计算 (39)2.7.1 单个支柱的垂直载荷 (39)2.7.2 组合载荷 (40)2.7.3 单个支柱弯矩 (40)2.7.4 支柱稳定性校核 (42)2.8 地脚螺栓计算 (44)2.9 支柱底板 (45)2.9.1 支柱底板直径 (45)2.9.2 底板厚度 (46)2.10 拉杆计算 (46)2.10.1 拉杆载荷计算 (46)2.10.2 拉杆连接部位的计算 (47)2.10.3 翼板的厚度 (47)2.10.4 焊接强度验算 (48)2.11 支柱与球壳连接最低点a的应力校核 (49)2.11.1 a点的应力 (49)2.11.2 a点的应力校核 (50)2.12 支柱与球壳连接焊缝的强度校核 (50)3 焊接 (51)3.1 焊接工艺的确定 (51)3.2 焊后热处理 (52)3.3 开罐检查 (53)4 结论 (55)参考文献 (56)致谢 (57)1前言球罐在我国的国防、科研、石油、化工、冶金等企业中有着广泛的应用。
球罐设计
第一章概论随着各国综合国力和科学水平的提高，球形容器的制造水平也正在高速发展。
近年来，我国在石油化工、合成氨、城市燃气的建设中，大型化球形容器得到了广泛应用。
例如：在石油、化工、冶金、城市煤气等工程中，球形容器被用于储存液化石油气、液化天然气、液氧、液氮、液氢、液氨、城市煤气、压缩空气等物料；在原子能发电站，球形容器也被用作核安全壳；在造纸厂被用作蒸煮球等。
总之随着工业的发展，球形容器的使用范围必将越来越广。
由于球形容器多数作为有压储存容器，故又称球形储罐。
本文重点介绍球形储罐的设计过程。
1.1球罐特点球罐与常用的圆形容器相比具有以下特点：a.球罐的表面积小，即在相同容量下球罐所需钢材面积最小；b.球罐壳板承载能力比圆筒形容器大一倍，即在相同直径、相同压力下采用同样钢板时，球罐的板厚只需圆筒形容器板厚的一半；c.球罐占地面积小，且可向空间高度发展，有利于地表面积的利用。
由于这些特点，再加上球罐基础简单、受风面小、外观漂亮，可用于工程环境等原因，使球罐的应用得到很大发展。
1.2球罐分类球罐按不同方式分类，如按储存温度、结构形式等。
按储存温度分类：球罐一般用于常温或低温，只有极个别场合，如造纸厂用的蒸煮球罐，使用温度高于常温。
a.常温球罐如液化石油气、氨、煤气、氧、氮等球罐。
一般说这类球罐的压力较高，取决于液化气的饱和蒸汽压或压缩机的出口压力。
常温球罐的设计温度大于-20℃。
b.低温球罐这类球罐的设计温度低于或等于-20℃，一般不低于-100℃。
压力属于中等。
c.深冷球罐设计温度在-100℃以下，往往在介质液化点以下储存，压力不高，有时为常压。
由于对保冷要求高，通常采用双层球壳。
按结构形式分类，按结构分有圆球形、椭球形、水滴形或上述几种形式的混合。
圆球形按分瓣方式分有橘瓣式、足球瓣式、混合式三种。
圆球形按支撑方式有支柱式、裙座式两大类。
1.3球罐的设计参数球罐的主要设计参数为设计压力和设计温度。
这两个设计参数互相影响，对球罐的设计影响很大，对材料的选用起决定作用。
球形储罐应力分析及评定
图 % 具有液柱静压力作用的载荷施加路径 图 ! 球形容器分析模型的简化
从工程角度应考虑同时取此二种对称模型进行 分析计算以寻取危险的情况作为强度评定的基础， 但 分析证明在支柱个数相对较多的情况下 （" 个及 " 个 以上） ， 两种模型的分析结果无显著差别， 可选其一进 行分析， 但如支柱个数较少 （# 个及 # 个以下） 就应同 时考虑两种模型。 对于球形储罐各种开口接管局部部位的分析， 由 于风载、 地震载荷等影响很小， 因此力边界条件只考 虑压力载荷即可。根据结构特性对于各种径向接管 结构可作为轴对称模型处理， 而对于垂直偏心接管结 构就必须建立三维模型来进行分析。 $ 各种力边界条件及位移边界条件的施加 正确施加各种力边界条件及位移边界直接影响 分析结果的正确性
・ ($ ・
析设计的尝试性工作， 但能真正实现有效设计的为数 甚少， 但在分析的过程中存在一些问题， 主要表现在 以下几方面： 模型构建简化不甚合理； 边界条件施加、 载荷的考虑存在不准确， 不合理的现象； 工况组合不 符合标准要求； 结果评定存在应力分类不合理等问 题。针对上述问题， 本文有针对性地给出了球形储罐 应力分析的方法、 分析中应注意的关键点及评定原 则， 同时为便于应用举例加以说明。
球罐支柱轴向稳定性分析与设计
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重力 加速 度 ， ｍ／ ｓ ； 支腿 数量 。
收 稿 日期 ： ２ Ｏ １ ２ 一 Ｏ ２ — ２ ３ 。
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１ ． ２ 风 载 荷 及 地 震 载 荷
风载 荷 Ｆ 和地 震 载荷 Ｆ 作 为 水 平 载荷 作 用于 球 罐 中心 ， 最 大 水 平 载 荷 Ｆ… 取 风 载 荷 Ｆ 与地震 载 荷 Ｆ ＋０ ． ２ ５ Ｆ 之大者 。 将 作 用于球 罐 中心 的 Ｆ… 平 移至 拉杆 上端 的 计 算 截面 ， 见图 １ ， 则此 截 面上 有 水 平力 Ｆ … 和 弯
矩 Ｍ… 。
Ｍ … 一 Ｆ… × Ｌ
．
。 、．
ｍｇ
Ｊ
计算 截 面
影 响支 柱 轴 向 稳 定 性 的 载 荷 有 ：球 罐 自重
及其 附件 、物料 重 量 、试 压 介 质 重 量 、风 载 、地
震 和压力 。
１ ． 肥 一 ／ 一 、 》 １
静设 备
石 Ｐ 油 化 工 设 备 技 术 ， ２ ０ １ ３ ， ３ ４ （ １ ） ・ １ １ ・ ｅ ｔ ｒ ｏ— Ｃｈ ｅｍ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅｑｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ Ｔｅ ｃ ｈｎｏ ｌ ｏ ｇｙ
球 罐 支 柱 轴 向稳定 性分 析 与 设计
周 耀 ， 黄贻 弘， 林少 波 ， 黄 晓 春
载荷 两种 ： 操作 状 态下 的重 力载 荷 试 压状 态下 的重 力载 荷 Ｇ。 —— Ｉ ｌ Ｚ — ｏ ／ ］ ￣
，￡
１ ． ２ ． １ 弯 矩 作 用
弯 矩 Ｍ… 视 作 用 于 由支 柱 和 拉 杆 组 成 的 一 杆 件结 构上 端 的力 矩 ， 在 各 支 柱 中产 生不 同 的轴
某型液体储罐结构的强度与稳定性分析
某型液体储罐结构的强度与稳定性分析液体储罐是现代工业中广泛使用的设备之一，用于储存各种液体物质，如化学品、石油和天然气等。
保障液体储罐的结构强度和稳定性至关重要，既能保护贮存物品的安全，也能避免可能造成环境破坏或人员伤亡的事故发生。
本文将对某型液体储罐的结构强度和稳定性进行分析。
1. 液体储罐的载荷分析液体储罐的载荷包括静态载荷和动态载荷。
静态载荷由液体的自身重量和罐体结构的自重组成，动态载荷则来自于液体的冲击和搅拌。
因此，储罐所能承受的最大载荷将决定其结构的设计和材料的选用。
2. 结构强度分析储罐的结构强度是指其抵抗外部荷载和内部压力作用下变形和破裂的能力。
首先，需要进行应力分析，包括静态和动态载荷引起的应力分布情况。
接着，通过有限元分析等方法，确定储罐结构的最大应力点，以及是否存在应力集中区域。
最后，根据材料的强度参数，进行结构强度校核，确保储罐在正常使用条件下能够承受各种载荷而不发生破坏。
3. 稳定性分析液体储罐的稳定性是指在外部荷载作用下，储罐结构保持平衡的能力。
有两个方面需要考虑：一个是全局稳定性，即储罐整体倾覆或滑移的问题；另一个是局部稳定性，特指罐底和罐壁的稳定性。
为了保证储罐的稳定性，需要对其地基、支座和抗倾覆措施进行充分的设计和分析。
4. 材料选择与施工质量控制储罐的材料选择对其强度和稳定性有着直接的影响。
常见的材料有碳钢、不锈钢、铝合金等，每种材料都有其特点和适用范围。
在施工过程中，需要进行质量控制，并对焊接、螺栓连接等关键工艺进行监控，以确保储罐的完整性和耐久性。
5. 风荷载分析除了静态和动态荷载外，风荷载也是储罐结构的重要考虑因素之一。
风荷载可以引起储罐结构的振动和变形，甚至造成威胁其稳定性的情况。
因此，需要进行风荷载分析，包括风速、风向和储罐外形等参数的考虑，以评估其对储罐结构的影响，并采取相应的抗风措施。
结论：某型液体储罐的结构强度和稳定性是确保其安全运行的关键。
通过载荷分析、结构强度分析、稳定性分析、材料选择与施工质量控制以及风荷载分析等步骤，可以对储罐进行全面的评估和优化设计，以确保其具备足够的强度和稳定性，从而提高储罐安全性，并减少潜在的风险。
球形储罐的应力分析
球形储罐的应力分析李群生【摘要】As the size of spherical tanks becomes increasingly larger, the steel material requirement anc the dimensions of tank pedal plates have become increasingly bigger, which results in a number of difficulties in petal plate forming, transportation, side lifting installation and welding, etc. It is necessary to design the spherical tanks based upon analysis design methods under the conditions of higher requirements in intrinsic safety of spherical tanks' construction and load. The integral stress calculations have been made for 4 loads ol different load combination tanks and 2 structures. The force exerting on the spherical tanks at different loads are studied and stresses at the connections between supports and tanks are analyzed. It is concluded that, all stresses should be calculated based upon all possible loads combination, the central model and bestraddle model should be established for load calculation, the maximum stress should be at the connection between support and tank smooth transition should adopted and hexahedral element analysis should be applied for finite element analysis.%随着球形储罐的建造规格向大型化发展,其材料用量和球壳板尺寸规格也越来越大,由此增加了球壳板在压制、运输、现场吊装及焊接等一系列建造难度.因此,大型球罐在结构、载荷等方面的本质安全要求更高的情况下,需要按照分析设计方法进行球罐的设计.通过全面的分析总结,对涵盖所有载荷组合形式的球罐4种载荷工况和2种结构模型进行整体应力计算,分析了各种载荷工况下球罐的受力状况,重点分析了支柱与球罐连接部位的应力情况.结论是:应力计算要考虑所有可能的载荷组合工况；计算载荷时要分别建立“对中模型”和“跨中模型”；最大应力是在支柱与球罐连接处,要尽可能圆滑过渡,有限元应采用六面体单元分析.【期刊名称】《炼油技术与工程》【年(卷),期】2012(042)006【总页数】4页(P61-64)【关键词】球形储罐;应力分析;载荷工况【作者】李群生【作者单位】中国石化集团洛阳石油化工工程公司,河南省洛阳市471003【正文语种】中文球形储罐(球罐)大多按照常规方法进行设计建造，随着球罐的建造规格向大型化发展，其材料用量和球壳板尺寸规格也越来越大，由此增加了球壳板在压制、运输、现场吊装及焊接等一系列建造难度。
圆筒组合载荷失稳应力分析
圆筒抗弯刚度
D'
Et3
121 2
代替EJ
长圆筒的临界压力计算公式： pcr
2E
1 2
t
3
D
0.3
长圆筒临界压力： 长圆筒临界应力：
pcr
2.2E
t Do
3
cr
pcrDo 2t
1.1EDto 2
（2-90）
（2-92） （2-93）
pcr
2.2E
t Do
3
2
cr
pcrDo 2t
1.1EDto
习题
解：（ 1） t e t n C 1 C 2 6 0 .6 1 4 .4 mm
L cr 1 . 17 D 0
D0 te
1 .17 1006 1006 17800 mm 4 .4
L 6000 mm L cr 故该圆筒属短圆筒
( t )1.5
（2）cr
1.3E D0 （L
等效长度Lx 等效长度半径R=锥壳两端第二曲率半径的平均值
锥壳
pcr
L2.e5D9EL
te DL
2.5
（2-106）
注意： Le——锥壳的当量长度； DL——锥壳大端外直径 或锥壳上两刚性元件所 DS——锥壳小端外直径 在处的大小直径
Te——锥壳当量厚度 te tcos
适用于： 60o
若 60o 按平板计算，平板直径取锥壳最大直径
适用条件：2-92，2-93两式计算 临界压力与临界应力的公式 均在 cr 小于比例极限时适用
注意
3
pcr
2.2E
t Do
（1）长圆筒临界压力与圆筒的计算长度无关
（2）长圆筒抗失稳能力与E有关，而强度上的承压能力
球形储罐的抗震性能分析研究
球形储罐的抗震性能分析研究郭龙玮;张大勇;杨智荣;王国栋;于哲敏;杨白冰【摘要】球形储罐是石油化工行业最常用的设备之一，其存储物质具有易燃、易爆、剧毒、腐蚀等特性。
地震荷载作用下球形容器（球罐）抗震安全保障问题已经成为特种设备抗震研究中重要的课题之一。
基于ANSYS有限元软件，首先建立典型球罐力学模型，通过地震波激励下精确的时程反应分析，确定应力显著发生的位置；其次，分析球罐支撑结构设计参数（支柱数目、直径，拉杆直径等）对球罐抗震性能的影响；最后，选取几种典型的大、中、小型球罐，明确各类球罐的抗震性能。
该研究为球罐抗震安全保障及设计提供合理依据。
%The spherical tank is one of the most commonly used equipment for petroleum and chemical in-dustry.The storage material in the tanks isflammable,explosive,toxic,corrosive and other characteristics. The seismic safety problem of the spherical tank under seismic load has become one important subject in seismic research of special equipment.Based on the ANSYS finite element software,typical spherical tank mechanics model is established first of all,through precise time history response analysis under the seis-mic excitation to determine the significant location of the stress.Then,the seismic performance impact of the support structure design parameters,such as the diameters and the numbers of the support columns, the diameters of the tie-rods,and the volume of the tank,is analyzed.Finally,the seismic performance of all kinds of spherical tank,such as the large,medium and small tank,is determined.It provides a reasona-ble basis for the anti-seismic safety security and design of the spherical tank.【期刊名称】《压力容器》【年(卷),期】2014(000)007【总页数】6页(P49-54)【关键词】球罐;ANSYS数值模拟;支撑结构;抗震性能【作者】郭龙玮;张大勇;杨智荣;王国栋;于哲敏;杨白冰【作者单位】大连海洋大学海洋与土木工程学院，辽宁大连 116023;大连海洋大学海洋与土木工程学院，辽宁大连 116023; 大连理工大学海洋科学与技术学院，辽宁盘锦 124221;中国特种设备检测研究院，北京 100013;大连海洋大学海洋与土木工程学院，辽宁大连 116023;大连海洋大学海洋与土木工程学院，辽宁大连116023;中国特种设备检测研究院，北京 100013【正文语种】中文【中图分类】TH49;TB115.10 引言我国是个地震区分布较广的国家，辽宁海城地区(1975年)、唐山地区(1976年)、汶川地区(2008年)、玉树地区(2010年)等数起强烈地震，使人们生命财产遭受到严重损失。
化工设计竞赛球罐支柱稳定性校核计算书
重力加速度g 1.基本数据： 支柱材料常温下的弹性模量Es MPa 支柱横截面惯性矩I mm 拉杆影响系数ξ 球罐的基本自震周期T s 2.球罐水平地震力： 综合影响系数Cz 特征周期Tg s 地震影响系数最大值αMax 地震影响系数α 球罐的水平地震力Fe N 3.球罐水平风力： 风载体形系数k1 系数ξ1 风振系数k2 风压高度变化系数f1 球罐附件增大系数f2 球罐水平风力Fw N 4.支柱载荷计算： Fe + 0.25Fw N Fmax N
项目名称: 上海石化有限公司年产10万吨醋酸乙烯酯及相关产品项目
球罐支柱稳定性校核计算书
醋酸乙烯钢制球罐.lan 计算模式: 校核
设计条件:
计算项名称 支柱数目n 支柱中心园半径R mm 支柱内径di mm 支柱外径do mm 支柱底板底面至球壳中心的距离Ho mm 支柱底板底面至上支耳销子中心的距离l 支柱材料 支柱材料类型 Fmax受力方向 拉杆连接方式 地震设防烈度 场地土类别 地面粗糙类别 地区属性(近震，远震) 基本风压值qo 操作状态下球壳赤道线物料高度hoe mm 压力试验状态下球壳赤道线物料高度hTe
LANSYS.PV1.2 计算日期: 2019-07-20
球罐支柱简图
球罐支柱稳定性校核 12 7850.00 1000.00 1036.00 9800.00 2092.00 16Mn[钢管] 轧制 A向受力 所有相邻两支柱均用拉杆连接 七度 B类 Ⅱ 属于近震地区 550 2147.00 7850.00
醋酸乙烯钢制球罐.lan
计算模式: 校核
7708.00 17256190329.5047 192095.75 453120.94 1899553.30 1795162.75
球罐焊接机器人焊接质量稳定性研究
图# 图" 焊枪 球罐焊接机器人结构模型示意图 焊枪摆动范围 齿条
)<; 矩形
机器人行走与焊枪摆动复合运动轨迹
)=; 梯形
"
结论 球罐焊接机器人运行的平稳性是影响球罐焊接质量稳定
性的重要因素，改进球罐机器人的导向形式、控制机器人的 重量、选用有配套显示控制系统的步进电机、配用合理的减 速装置、控制焊枪摆动的加 （ 减）速度、合理分配节拍时间 等，均可提高机器人运行的平稳性，进而提高机器人焊接质 量稳定性。
6.6 主体导向
已经通过 鉴 定 的 链 轮 导 向 ， 在 链 轮 与 孔 带 上 的 孔 结 合 时 ， 无论横向还是纵向都存在着间隙，这些间隙会导致球罐焊接 机器人行走时不平稳；而且机器人的工作时间越长，链轮孔 带磨损越严重，上 述 间 隙 越 大 ， 机 器 人 运 行 的 平 稳 性 也 越 差 。 因此，需要改进球罐焊接机器人的动力传递及导向形式，采 用滚动导轨为支撑导向，动力以齿传递，这样以滚动摩擦取 代原来的滑动摩擦，可提高机器人运行的平稳性，改善球罐 焊接机器人的焊接质量。焊接时滚动导轨安装如图 6 所示。 滚动导轨的滚动体与圆弧沟槽相接触，与点接触相比承 载能力大，刚性好，摩擦系数小，仅为滑动导轨副的 6 8 0496 8
梯形图机器人行走与焊枪摆动复合运动轨迹结论球罐焊接机器人运行的平稳性是影响球罐焊接质量稳定性的重要因素改进球罐机器人的导向形式控制机器人的重量选用有配套显示控制系统的步进电机配用合理的减速装置控制焊枪摆动的加减速度合理分配节拍时间等均可提高机器人运行的平稳性进而提高机器人焊接质量稳定性
!"#$%&’ (")*&+#+’,
力，所以选择该种非滑动摩擦，可以提高球罐焊接机器人运 行平稳性。
球罐整体分析
=?
载荷计算与处理
• 地震载荷
Fe = C zαm0 g
Cz—综合影响系数。取Cz＝0.45；
α—对应自振周期的地震影响系数；
m0－－操作状态下球罐的质量，kg； g—重力加速度，g＝9.81m/s2。
载荷计算与处理
• 地震载荷的处理 一般采用动静法处理，即以惯性力的形式处理， 而不做动态响应计算。
载荷计算与处理
• 地震载荷的处理 2. 转换为液体静压力施加
2.1 只施加液体静压力 首先计算当量加速度，计算水平方向液体静压力
Fe = C zαm0 g = m0 (C zαg ) = ρ yV fullηα eqv e p y = ρ yα eqv hx
载荷计算与处理
• 地震载荷的处理 2. 转换为液体静压力施加
球罐整体分析——
球罐与支柱连接区应力分析
球罐整体分析
• • • • 力学模型 有限元模型 计算结果（见应力分析报告） 应力评定（见应力分析报告）
力学模型
• 结构分析 • 载荷分析
自重 内压 液体静压力 雪载荷 风载荷 地震载荷
1/2n模型 （忽略拉杆）
1/2模型
工况组合
• • • • 自重+计算压力（K＝1.0） 自重+计算压力+风载（K＝1.2） + + K 1.2 自重+计算压力+25%风载+地震载荷（K＝1.2） 压力试验（K＝1.25）
载荷计算与处理
• 风载荷
迎风面投 影面积 当量均 布压力
−6
FW =
π
4
D k k q f f ×10
2 o 1 2 o 1 2
Do—球壳外径，mm q0—基本风压，N/m2 K1---风载体形系数，取K1=0.4 K2—风振系数 f1---风压高度变化系数 f2---球罐附件增大系数，取f2=1.1
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图1 屈曲曲线
组合载荷作用下球罐的稳定性分析
魏冬雪
（中国寰球工程有限公司， 北京 100012）
[摘 要] 本文以4000m 3丙烯罐为例，采用有限元法对受外压及重力联合作用下的球罐进行了线性和非线性稳定性分析，计算了球壳的临界失稳外压。
结果发现，非线性稳定性分析得到的球壳临界失稳外压约为线性分析结果的90%；重力对球壳的临界失稳外压影响不大。
[关键词] 球罐；稳定性分析；外压；非线性
作者简介：魏冬雪（1984—），女，辽宁抚顺人，硕士研究生，
工程师。
主要从事压力容器安全与可靠性研究。
图2 球罐整体结构几何模型图
球罐是一种常见的储存设备，广泛应用于石油、化工、冶金等领域。
在球罐的设计和使用中，球壳常常承受外压作用，当外压载荷增大到某一数值时，球壳会突然失去原来的形状发生失稳[1]。
目前国内对球罐的外压稳定性的研究很少，仅有一些专家和学者对比了中外压力容器标准中关于外压球壳的计算方法[2]。
采用特征值（线性）屈曲分析方法研究了加强筋对球罐外压稳定性的影响 [3,4]，对仅承受均布外压的弹性支撑扁球壳进行了非线性稳定性分析[5]。
笔者认为这些问题的研究并不充分。
由于非线性分析需要消耗大量的时间和精力，对软硬件设施要求很高，球罐的非线性外压稳定性分析还是一个空白。
另外，在实际工程中，球罐不仅承受外压，同时还要承受球罐自身重量以及操作时罐内介质的重量、梯子平台以及其他附件的重量等。
在弹性变形范围内，各载荷引起的变形能相互叠加，然而对于受外压作用的球壳，情况并不一样，外压失稳是从一个平衡状态转到另一个平衡状态，是个突变过程，那么受外压作用的球壳，如果同时受重力载荷作用，其临界失稳压力是否会发生变化，又如何发生变化，为此，笔者进行了如下研究。
稳定性分析又叫屈曲分析，是一种用于确定结构开始变得不稳定时的临界载荷和屈曲模态的技术，一般稳定性分析可分为特征值（线性）屈曲分析和非线性屈曲分析。
特征值屈曲分析预测一个理想弹性结构的理论屈曲强度（分叉点）如图1所示，但是缺陷和非线性行为阻止了大多数实际结构达到理想的弹性屈曲强度，特征值屈曲一般产生保守解，所以采用非线性屈曲分析才能得到更加接近实际的真实解[6]。
本文采用线性和非线性两种方法对受外压及重力作用的丙烯罐进行稳定性分析。
1 球罐的整体结构
本文分析的球罐按照GB/T12337-2014《钢制球形储罐》[7]进行了设计，球罐内径19700mm ，名义厚度47mm ，有效厚度44.7mm ，公称容积4000m 3，采用12根Φ692mm ×16mm 支柱，支柱高度13350mm ，拉杆直径Φ64mm。
球壳和支柱材料
为07MnNiMoDR ，拉杆材料为Q345D 。
建立的球罐整体结构几何模型如图2所示，球壳与支柱连接处局部结构如图3
所示。
图3 球壳与支柱连接处局部结构
2 理论计算
按照国内现行标准规定的小挠度弹性稳定理论计算球壳的临界失稳外压[8,9]。
式中：P cr —临界压力；E —弹性模量；μ—泊松比；δe —有效厚度；R o —外半径。
3 有限元数值模拟3.1 有限元模型的建立
本文采用目前国际上应用广泛的商用有限元计算软件—ANSYS 进行有限元分析。
球壳和支柱采用8节点三维实体单元SOLID 185，拉杆采用2节点三维杆单元LINK180，实常数中设置仅承受拉力选项[10]。
本文分别采用线性和非线性分析方法对球壳的稳定性进行研究，内容包括：
(1)无外载荷时，球壳的临界失稳外压。
(2)考虑球罐自重时，球壳的临界失稳外压。
(3)考虑球罐操作重时，球壳的临界失稳外压。
球罐的整体和球壳与支柱连接处局部有限元网格模型如图4和图5
所示。
图4 球罐整体有限元网格模型图5 球壳与支柱连接处局部有限元网格模型
3.2 载荷与边界条件
在3.1节中所述的三种分析内容中，支柱底板上的全部结点施加全约束。
对于分析内容(2)，球罐自重为500000kg ，采用等效密度的方式，将重力施加到球壳上。
对于分析内容(3)，球罐操作重为2490000kg ，采用等效密度的方式，将重力施加到球壳上。
4 结果分析与讨论
表1给出了线性和非线性两种分析方法得到的
结果，分别为不考虑外载荷、考虑球罐自重和考虑球罐操作重三种情况下球壳的临界失稳外压。
可以看出，不论是线性分析还是非线性分析，所得到的球壳临界失稳外压，均大于本文第2节中小挠度弹性稳定理论计算公式的计算值。
其中，线性分析的结果约为理论公式计算结果的1.63倍，非线性分析的结果约为理论公式计算结果的1.47倍。
一方面在于理论公式本身存在误差，另一方面在于理论公式并未考虑支柱对球壳的加强作用，支柱的存在，有效地提高了球壳的刚度，从而增大
表1 球壳的临界失稳外压
图6 无外载荷时球罐的外压失稳位移分布
了球壳的临界失稳外压。
非线性稳定性分析得到的球壳临界失稳外压约为线性分析结果的90%，这说明，在考虑了缺陷和几何非线性的情况下，球壳的临界失稳外压减小的程度并不大。
同时发现，重量的大小对球罐的临界失稳外压几乎没有影响。
分析方法临界失稳外压（无外载荷，MPa）临界失稳外压（考虑自重，MPa）
临界失稳外压（考虑操作重，MPa）
线性7.9607.9647.979非线性
7.177
7.197
7.220
从图6、图7和图8中可以看出，球壳沿周向发生均布的失稳，失稳的部位位于支柱之间。
球罐重量不同，球壳的外压失稳位移分布略有差别，但发生失稳的位置相同，球壳的临界失稳外压也几乎不变。
对于本文分析的球罐，其设计外压为0.1MPa ，考虑制造所能保证的形状公差，对于非线性分析，取稳定安全系数m=3，该球罐还有很大
的安全裕量。
图7 考虑球罐自重时球罐的外压失稳位移分布
图8 考虑球罐操作重时球罐的外压失稳位移分布
从以上结果可以看出，根据小挠度弹性理论公式计算得到的球壳临界失稳外压比较保守，同时，现行设计标准都采用了相对保守的外压稳定安全系数，GB150.3-2011取m=15[11]，JB4732-1995取m=14.52[12]，按照标准规范设计能满足球罐的刚度要求。
但对于一些设计压力较低，直径较大的球罐，其设计厚度往往由外压控制，如果按照标准中相对保守的计算方法，不能充分发挥材料的承载能力，造成材料浪费，采用有限元分析方法可以有效解决该问题。
5 小结
本文以4000m3丙烯罐为例，采用有限元方法，研究了球壳的外压稳定性，所得结论如下：
(1)线性分析所得到的临界失稳外压均大于非线性分析的结果；
(2)重力对球壳的临界失稳外压几乎没有影响；
(3)按照国内现行标准计算的球壳临界失稳外压偏于保守。
◆参考文献
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收稿日期：2018-05-17；修回日期：2018-06-25
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收稿日期：2018-04-21；修回日期：2018-06-29
其推广至其他工程领域，如联合站收发球管线系统、长输管线弯管、海底管线陆上终端的清洁、通球、测径等一系列工作，是一种高效且适用范围广的设计思路。
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