【摘 要】
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储罐作为石化能源物质储存的主要容器,在石油化工行业起着至关重要的作用。虽然储罐的设计制造及检测体系非常成熟,但是储罐爆炸事故依然层出不穷。若爆炸造成储罐内燃烧的液体大量流出,将导致严重的火势蔓延。为了防止罐内储液的流出,通常采用弱顶设计确保储罐破坏位置发生在上部,达到既能释放爆炸压力又不至于储液流出的效果,将爆炸后果降低到最小。因此本文模拟储罐内爆破坏过程,对储罐的弱顶性能进行评价,并优化非弱顶结
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储罐作为石化能源物质储存的主要容器,在石油化工行业起着至关重要的作用。虽然储罐的设计制造及检测体系非常成熟,但是储罐爆炸事故依然层出不穷。若爆炸造成储罐内燃烧的液体大量流出,将导致严重的火势蔓延。为了防止罐内储液的流出,通常采用弱顶设计确保储罐破坏位置发生在上部,达到既能释放爆炸压力又不至于储液流出的效果,将爆炸后果降低到最小。因此本文模拟储罐内爆破坏过程,对储罐的弱顶性能进行评价,并优化非弱顶结构。具体开展的研究工作如下:（1）基于多相耦合的储罐内爆破坏与弱顶评价方法通过TNT当量法对爆炸载荷进行模拟,考虑储罐的高应变率效应对结构破坏过程进行描述。考虑储罐内、外气体与储罐结构的多相耦合,建立了爆炸载荷在罐内气体-储罐-罐外气体之间的传递方式。采用基于内聚力的失效准则对粘结单元破坏进行描述,进而通过插入粘结单元的方法模拟储罐结构的断裂破坏。最后建立基于峰值压力比、应力、裂纹的多判别条件评价方法,为后续储罐弱顶性能评价提供依据。（2）基于数值计算方法的柱壳内爆破坏模拟分析与验证基于指数内聚力失效准则建立柱壳结构内爆模拟过程中的破坏条件,通过数值模拟方法建立柱壳内爆流固耦合有限元模型,将计算结果与柱壳内爆实验结果进行对比,发现数值模拟结果得到的碎片与实验回收的碎片断裂形貌吻合较好,且碎片的平均速度接近,因此本文破坏条件具有正确性和有效性。（3）考虑罐多相耦合的储罐内爆破坏与弱顶性能分析考虑储罐内外气体域与储罐结构之间的多相耦合,建立了立式拱顶储罐内爆有限元模型。以1000m~3储罐、半罐液位、偏心起爆的工况为例进行计算,得到了储罐内爆过程中的压力传播过程、应力分布以及裂纹扩展情况。通过储罐弱顶性能的多判别条件对储罐进行评价,得到结论:该工况压力峰值比及应力满足弱顶条件,但裂纹延伸到液位以下,所以该工况下储罐不具备弱顶性能,也不满足本文的弱顶评价条件。（4）不同影响因素下的储罐内爆破坏与弱顶分析对偏心起爆的9种工况计算,得到液位高度的影响:（1）液位高度越高,储罐破坏程度越小;（2）液位越高,最小压力峰值比越大,储罐越容易满足弱顶条件。对中心起爆的9种工况进行计算,并与偏心起爆工况对比,得到起爆位置的影响:（1）偏心起爆对储罐的破坏程度更严重;（2）中心起爆时,最小压力峰值比范围较小。针对工况4、工况10、工况16,分别采用在液位以上设置加强圈和减小罐顶起始角度的方法对储罐非弱顶结构进行了优化设计,得到了满足弱顶条件的拱顶储罐。
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