液化天然气储罐混凝土穹顶的冲击破坏模式与机理

翟希梅 赵新宇

翟希梅, 赵新宇. 液化天然气储罐混凝土穹顶的冲击破坏模式与机理[J]. 爆炸与冲击, 2018, 38(5): 966-976. doi: 10.11883/bzycj-2017-0090
引用本文: 翟希梅, 赵新宇. 液化天然气储罐混凝土穹顶的冲击破坏模式与机理[J]. 爆炸与冲击, 2018, 38(5): 966-976. doi: 10.11883/bzycj-2017-0090
ZHAI Ximei, ZHAO Xinyu. Damage modes and failure mechanism of concrete dome of LNG storage tank[J]. Explosion And Shock Waves, 2018, 38(5): 966-976. doi: 10.11883/bzycj-2017-0090
Citation: ZHAI Ximei, ZHAO Xinyu. Damage modes and failure mechanism of concrete dome of LNG storage tank[J]. Explosion And Shock Waves, 2018, 38(5): 966-976. doi: 10.11883/bzycj-2017-0090

液化天然气储罐混凝土穹顶的冲击破坏模式与机理

doi: 10.11883/bzycj-2017-0090
基金项目: 

国家自然科学基金项目 51378151

详细信息
    作者简介:

    翟希梅(1971-), 女, 教授, 博士生导师, xmzhai@hit.edu.cn

  • 中图分类号: O346

Damage modes and failure mechanism of concrete dome of LNG storage tank

  • 摘要: 为获得大型全容式LNG储罐混凝土穹顶结构在圆柱形刚体冲击作用下的动力响应、失效模式以及失效机理,基于160 000 m3的LNG储罐,应用ANSYS/LS-DYNA建立LNG储罐精细化有限元数值模型,并通过对弹丸冲击混凝土靶板实验的数值模拟,验证了有限元模拟方法及材料模型的适用性。通过分析圆柱体冲击物撞击下LNG储罐的动力响应,提出储罐穹顶结构的3种失效模式即局部凹陷、混凝土剥落、击穿破坏,并根据冲击过程中能量的传递特征揭示了每类失效模式对应的失效机理。最后通过大量参数分析获得不同冲击物直径、冲击位置、冲击角度对LNG储罐结构的最大冲击响应及失效模式的影响规律。结果表明,冲击角度、冲击物直径对LNG储罐混凝土外罐穹顶的失效模式影响较大,冲击位置对储罐穹顶失效模式的影响较小,可以忽略。
  • 图  1  弹丸靶板有限元模型

    Figure  1.  FE model

    图  2  靶板破坏现象

    Figure  2.  Impact perforation

    图  3  LNG储罐剖面图

    Figure  3.  Profile map of LNG tank

    图  4  LNG储罐有限元模型

    Figure  4.  FE model of LNG outer tank

    图  5  冲击位置示意图

    Figure  5.  Locations A and B at dome

    图  6  失效模式分布图

    Figure  6.  Distribution of failure modes

    图  7  冲击力

    Figure  7.  Impact force

    图  8  冲击物速度

    Figure  8.  Velocity of impactor

    图  9  穹顶应变能

    Figure  9.  Internal energy of dome

    图  10  节点位置示意图

    Figure  10.  Designation of points

    图  11  节点位移

    Figure  11.  Displacement of point

    图  12  穹顶应变能

    Figure  12.  Internal energy of dome

    图  13  穹顶应变能

    Figure  13.  Internal energy of dome

    图  14  局部凹陷全过程划分示意图

    Figure  14.  Partition of failure process for local distortion

    图  15  穹顶应变能

    Figure  15.  Internal energy of dome

    图  16  冲击全过程划分示意图

    Figure  16.  Partitions of failure process for impact

    图  17  穹顶应变能

    Figure  17.  Internal energy of dome

    表  1  实验与有限元模拟结果对比

    Table  1.   Comparison of simulation results and experimental results

    类别 试件 vi/(m·s-1) vr, exp/(m·s-1) vr, CSCM/(m·s-1) vr, HJC/(m·s-1) vr, CSCM/vr, exp vr, HJC/vr, exp
    A1 218 166 160 148 0.964 0.892
    A2 250 199 197 191 0.990 0.960
    素混凝土 A3 376 280 277 323 0.989 1.154
    A4 620 529 540 553 1.021 1.045
    B1 501 301 332 326 1.103 1.083
    B2 753 554 551 566 0.995 1.022
    C1 193 131 120 96 0.916 0.732
    C2 268 195 195 191 1.000 0.979
    钢筋混凝土 C3 361 300 290 283 0.967 0.943
    C4 608 528 512 519 0.958 0.982
    C5 812 701 704 735 1.004 1.049
    C6 1 246 1 111 1 170 1 220 1.053 1.098
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-03-23
  • 修回日期:  2017-05-23
  • 刊出日期:  2018-09-25

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