液体晃动的数值模拟及不同惯性力加载方式对罐式集装箱强度的影响研究
随着经济全球化和石油化工行业的迅猛发展，世界各国对于液化石油气和其它液化气的需求越来越大。罐式集装箱由于具有装载量大，运输成本低廉等特点，应用也越来越广泛。罐式集装箱在运行时不仅要承受内压或外压载荷，还会受到惯性力的作用以及罐内介质晃动引起的冲击力。罐式集装箱属于最危险的第三类压力容器，因此在结构、使用和安全方面均有特殊的要求。因此，研究其受惯性力作用时的强度和液体晃动问题是十分必要的。
首先，本论文建立了1CC型罐式集装箱的有限元模型，将介质惯性力处理为静载荷，并按照体力和面力分为等效质量法和平均压强法。常温和低温环境下罐式集装箱的强度均通过校核。不同工况计算结果表明，罐体应力强度主要受内压影响，而框架受惯性力影响较大。
其次，本论文数值模拟了罐体内介质的晃动，重点考察了冲击力、压强、雷诺数等物理量的变化。结果发现，晃动所产生的最大压强远大于初始最大静压强，流场湍动剧烈。在数值模拟基础上，以加速度、充装率、介质密度和罐体容积等变量为参数，拟合出了沿运动方向惯性力作用下介质对前封头的最大冲击力计算公式，精度可以达到95%以上。
最后，本论文将介质惯性力处理为动载荷，计算并校核罐式集装箱的强度。并分析比较了等效质量法、平均压强法和冲击载荷法三种不同的介质惯性力加载方式对设备强度的影响。计算结果表明，对罐体本身，三种不同方式加载的应力强度结果差别较大；而对于罐式集装箱的框架，前两种加载方式得到的结果相近，冲击载荷法加载得到的应力强度增加显著。
罐式集装箱;惯性力加载;液体晃动;有限元分析;应力强度;公式拟合;数值模拟
北京化工大学
硕士
化工过程机械
钱才富
2009
中文
U169.47
105
2010-01-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）