Определение сейсмических нагрузок на конструкции стальных вертикальных цилиндрических резервуаров с плавающими крышами

• Автор: Галкин, Андрей Александрович
• Шифр специальности: 05.23.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 167 с. : ил.

Введение
Глава 1. Обзор методов исследования динамического взаимодействия жидкости с резервуарными конструкциями при сейсмических воздействиях и проектирования резервуаров.
1.1 Приближенные аналитические методы исследования динамического взаимодействия жидкости с резервуарными конструкциями при сейсмическом возбуждении
1.2 Метод конечных элементов в задачах динамического взаимодействия жидкости с резервуарами при сейсмических воздействиях

1.3 Динамика пластин, взаимодействующих с жидкостью.

1.4 Основные этапы проектирования резервуаров.

Глава 2. Определяющие уравнения для исследования гидродинамического давления жидкости на стенку и днище вертикального цилиндрического резервуара и динамической реакции взаимодействия плавающей крыши с жидкостью при сейсмических воздействиях.

2.1 Уравнение движения жидкости.

2.2 Уравнение вертикальных колебаний пластины, моделирующей плавающую крышу цилиндрического резервуара
Глава 3. Определение гидродинамического давления в вертикальных цилиндрических резервуарах со стационарной и плавающей крышами при сейсмических воздействиях.
3.1 Постановка краевой задачи. Математическая модель для исследования гидродинамического давления жидкости на стенку и днище резервуара
3.2 Построение общего решения рассматриваемой краевой задачи о гидродинамическом давлении жидкости на стенку и днище резервуара.
3.3 Численный анализ результатов
Глава 4. Исследование динамической реакции взаимодействии плавающей крыши вертикального цилиндрического резервуара с жидкостью при горизонтальном и вертикальном сейсмических воздействиях
4.1 Постановка начальнокраевой задачи.
4.1.1 Математическая модель для определения динамической реакции взаимодействия плавающей крыши с жидкостью при горизонтальном сейсмическом воздействии неосесимметричная задача.
4.1.2 Математическая модель для определения динамической реакции взаимодействия плавающей крыши с жидкостью при вертикальном сейсмическом воздействии осесимметричная задача.
4.2 Построение решения методом конечных интегральных преобразований начальнокраевой задачи о динамической реакции взаимодействия плавающей крыши с жидкостью
4.2.1 Общее решение в случае горизонтального сейсмического воздействия
4.2.2 Решение в случае вертикального сейсмического воздействия.
4.3 Численный анализ результатов.
Заключение.
Список литературы


Приложение этих результатов к горизонтальному сейсмическому возбуждению вертикальных цилиндрических резервуаров с круглым или прямоугольным сечением осуществил впервые Хаузнер , который рассматривал резервуар как абсолютно жесткий, а жидкость как невязкую, несжимаемую идеальную, а ее движение считал ламинарным. Горизонтальные сейсмические воздействия по своей величине и проявлениям являются наиболее значимыми. По стопам Хаузнера пошли и другие авторы , , , , , которые изучали взаимодействие идеальной жидкости с абсолютно жестким резервуаром или иными конструкциями. Эти работы оказались полезными и нашли применение в гидротехническом строительстве. Дальнейшие исследования показали, что упругие деформации резервуаров снижают гидродинамическое давление по сравнению с абсолютно жесткими конструкциями. Теоретические и экспериментальные подтверждения этого представлены в работах Дорнингера , Фишера , Фудзиты и Шираки , Харона , Кани 3, Маноса 2, 3, Нивы 8, Велетсоса 8 и других авторов. Проблему реакции вертикальных цилиндрических резервуаров, наполненных жидкостью, на вертикальное сейсмическое возбуждение изучали Дорнингер , Фишер , Харон и Тайел , Люфт 1, а также Велетсос с Таном 9. С этим тесно связана проблема их взаимодействия с податливым основанием под резервуаром , 2, 4, которое может оказать влияние на величину гидродинамического давления. При практической разработке стальных тонкостенных резервуаров важную роль играют вопросы локального выпучивания корпуса резервуара , , 9 и вопросы, связанные с возможным поднятием тонкого незакрепленного днища резервуара при сейсмическом возбуждении. Решение задач динамического взаимодействия жидкости с упругой конструкцией прошло несколько стадий от полуэмпирических и аналитических методов до решений с помощью рядов и использования метода конечных элементов. Аналитические методы широко применяют, как правило, для канонических областей и идеальных граничных условий. Тем не менее, они остаются достаточно эффективными , 6, 5. В настоящее время наиболее часто применяется метод конечных элементов МКЭ , , , , , , 9, 0, 0, 5, 0, 4. В нем очевидны три главных подхода к решению проблем взаимодействия, различающиеся только выбором узловых параметров. В подходе Лагранжа в качестве неизвестных принимают узловые перемещения. Смешанный подход ЭйлераЛагранжа является сочетанием двух предыдущих методов. В этом подходе возможны параметры как силовые, так и деформационные, а дискретизация может происходить как в нсдеформированной, так и в деформированной областях , , 9. МКЭ в общем виде позволяет учесть в моделях нелинейности, а именно сжимаемость жидкости или ее вязкость. Динамическое взаимодействие жидкости с упругим резервуаром можно определить непосредственно, в том числе методом последовательных приближений. Если принять первый способ, в решении МКЭ, основанном на подходе Эйлера, могут возникнуть неленточные и асимметричные матрицы, например матрицы с большой шириной лент. Эти методы означают обязательное составление и использование специальных программ. Что же касается подхода Лагранжа, то сегодня уже существует несколько так называемых жидкостных деформационных конечных элементов, а особенно большие возможности создает применение стандартных программ МКЭ для этих целей. Необходимые описания имеются в работах Хамди и Оссета , Олсона и Бата 0, а также Уилсона с Халвати 0 и Штрунца 5. Приближенные аналитические методы исследования динамического взаимодействия жидкости с резервуарными конструкциями при сейсмическом возбуждении. Вначале рассмотрим основную идею так называемого инженерного подхода к проблеме . Ш ведет себя как импульсная масса, жестко связанная с окружающими стенками резервуара. Рис. Величины для расчета гидродинамических воздействий жидкости в жестком вертикальном цилиндрическом резервуаре, возбуждаемых горизонтальным сейсмическим движением основания. Хаузнер рассматривал резервуар как жесткий, так что движение жидкости т1 в этом случае было синхронным с горизонтальным движением основания.