储罐底板厚度获取方法及装置与流程

1.本发明涉及石油储罐设计技术领域，尤其涉及一种储罐底板厚度获取方法及装置。


背景技术：

2.立式圆筒形钢制焊接储罐常用于储罐原油、汽油、柴油等液体，主要由罐底板、罐壁板、罐顶组成。理论计算和大量工程实践表明，大型油罐在液压载荷的作用下，其底层罐壁板、罐底边缘底板及其大角焊缝连接处的应力状态非常复杂，尤其罐底大角焊缝处，是储罐的高应力区和危险点。罐底板包括环形边缘板和中幅板，底圈罐壁板与环形边缘板之间的大角焊缝采用连续焊。罐底板应力的理论计算有三种，分别为1968年j.b.denham提出的刚性地基梁法，1978年中科院力学所的李国琛法，1996年吴天云提出的刚性-弹性地基梁耦合法。储罐壁板设计的理论计算模型也有三种，短圆柱壳理论、长圆柱壳理论和组合圆柱壳理论。现有储罐底板的设计厚度根据底圈罐壁板的厚度进行经验性确定，存在较大的局限性。


技术实现要素：

3.针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供一种储罐底板厚度获取方法及装置。
4.第一方面，本发明实施例提供一种储罐底板厚度获取方法，包括：
5.获取储罐的结构参数和材料特征，以及地基参数，根据所述结构参数、材料特征和地基参数建立储罐有限元数值模型；
6.对所述储罐有限元数值模型配置边界条件和载荷数据，对配置完成的储罐有限元数值模型进行数值求解，获得分析结果；
7.根据所述分析结果确定储罐底板内边缘板的焊缝节点的弯矩、径向应力与储罐底板厚度的对应关系，根据所述对应关系获取储罐底板厚度。
8.可选地，所述约束条件包括储罐有限元数值模型中的地基下表面为全约束，全约束包括x、y、z方向位移为零；所述载荷数据包括储罐的液体静压力载荷以及罐体及附件的自重载荷。
9.可选地，对配置完成的储罐有限元数值模型进行数值求解，获得分析结果，包括：
10.以储罐底板厚度为变量，基于储罐有限元模型的边界条件对储罐有限元数值模型中的储罐地基进行位移约束；
11.基于储罐有限元模型的载荷数据对储罐有限元数值模型中的底板及壁板进行施压；
12.采用牛顿拉普森算法对模型进行数值计算，获得分析结果。
13.可选地，所述根据所述分析结果确定储罐底板内边缘板的焊缝节点的弯矩、径向应力与储罐底板厚度的对应关系，根据所述对应关系获取储罐底板厚度，包括：
14.根据储罐底板内边缘板的焊缝节点的弯矩、径向应力与储罐底板厚度的对应关系生成弯矩、径向应力分别与储罐底板厚度的曲线图；
15.从所述曲线图中确定曲线交叉点，根据所述交叉点确定储罐底板厚度。
16.第二方面，本发明实施例提供一种储罐底板厚度获取装置，包括：
17.建立模块，用于获取储罐的结构参数和材料特征，以及地基参数，根据所述结构参数、材料特征和地基参数建立储罐有限元数值模型；
18.分析模块，用于对所述储罐有限元数值模型配置边界条件和载荷数据，对配置完成的储罐有限元数值模型进行数值求解，获得分析结果；
19.确定模块，用于根据所述分析结果确定储罐底板内边缘板的焊缝节点的弯矩、径向应力与储罐底板厚度的对应关系，根据所述对应关系获取储罐底板厚度。
20.可选地，所述约束条件包括储罐有限元数值模型中的地基下表面为全约束，全约束包括x、y、z方向位移为零；所述载荷数据包括储罐的液体静压力载荷以及罐体及附件的自重载荷。
21.可选地，所述分析模块具体用于：
22.以储罐底板厚度为变量，基于储罐有限元模型的边界条件对储罐有限元数值模型中的储罐地基进行位移约束；
23.基于储罐有限元模型的载荷数据对储罐有限元数值模型中的底板及壁板进行施压；
24.采用牛顿拉普森算法对模型进行数值计算，获得分析结果。
25.可选地，所述确定模块具体用于：
26.根据储罐底板内边缘板的焊缝节点的弯矩、径向应力与储罐底板厚度的对应关系生成弯矩、径向应力分别与储罐底板厚度的曲线图；
27.从所述曲线图中确定曲线交叉点，根据所述交叉点确定储罐底板厚度。
28.第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如上述储罐底板厚度获取方法的步骤。
29.第四方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述储罐底板厚度获取方法的步骤。
30.本发明实施例提供的一种储罐底板厚度获取方法及装置，通过有限元数值分析方法，模拟储罐在不同底板厚度下的力学状态，得到底板厚度与底板内边缘板大角焊缝处应力及弯矩的对应关系，进一步确定底板厚度，做到数据精确，以避免底板与壁板连接大角焊缝处最大应力的产生，优化了储罐的设计。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1为本发明储罐底板厚度获取方法实施例流程图；
33.图2为本发明储罐有限元数值模型的展示示意图；
34.图3为本发明储罐底板厚度获取方法实施例流程图；
35.图4为本发明储罐底部位置的结构连接图；
36.图5为本发明弯矩、径向应力分别与储罐底板厚度的曲线图；
37.图6为本发明储罐底板厚度获取装置实施例结构图；
38.图7为本发明电子设备实施例结构图。
具体实施方式
39.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
40.图1示出了本发明一实施例提供的一种储罐底板厚度获取方法的流程示意图，参见图1，该方法包括：
41.s11、获取储罐的结构参数和材料特征，以及地基参数，根据所述结构参数、材料特征和地基参数建立储罐有限元数值模型；
42.s12、对所述储罐有限元数值模型配置边界条件和载荷数据，对配置完成的储罐有限元数值模型进行数值求解，获得分析结果；
43.s13、根据所述分析结果确定储罐底板内边缘板的焊缝节点的弯矩、径向应力与储罐底板厚度的对应关系，根据所述对应关系获取储罐底板厚度。
44.针对步骤s11-步骤s13，需要说明的是，在本发明实施例中，储罐的结构参数和材料特征，以及地基参数，包括如下内容：
45.结构参数包括储罐直径、高度、壁板及底板厚度、加强圈、抗风圈等结构特征和尺寸，包括但不限于表1所示内容。材料特征包括材料屈服强度、泊松比、拉伸强度、弹性模量等。
46.在储罐有限元数值模型中，储罐壁板、底板、抗风圈、加强圈及肋板采用4节点壳单元，罐壁顶层包边角钢、抗风圈支撑采用梁单元，地基采用三维8节点实体单元，罐底-地基间的相互作用通过接触单元进行面-面接触的模拟。如图2所示为储罐有限元数值模型的结构示意图。
47.表1储罐结构参数
[0048][0049]
对所述储罐有限元数值模型配置边界条件和载荷数据，该约束条件包括储罐有限元数值模型中的地基下表面为全约束，全约束包括x、y、z方向位移为零；该载荷数据包括储罐的液体静压力载荷以及罐体及附件的自重载荷。
[0050]
液体静压力的表达式如下：
[0051]
p＝ρg(h-z)
[0052]
式中，p为静水压力，pa；ρ为储液密度，kg/m3；g为重力加速度，n/kg；h为储罐内液体的高度，m；z为距离罐底板的轴向距离，m。
[0053]
钢材弹性模量e＝2.06
×
10
11
pa，泊松比0.3，钢材密度7850kg/m3。钢筋混凝土环墙和砂土地基的弹性模量分别取2
×
10
10
pa、1.6
×
107pa。
[0054]
以储罐底板厚度为变量，基于储罐有限元模型的边界条件对储罐有限元数值模型中的储罐地基进行位移约束，以及基于储罐有限元模型的载荷数据对储罐有限元数值模型中的底板及壁板进行施压，再采用牛顿拉普森算法对模型进行数值计算，获得分析结果。
[0055]
然后根据这些分析数据确定储罐底板内边缘板的焊缝节点的弯矩、径向应力与储罐底板厚度的对应关系，根据对应关系获取储罐底板厚度。
[0056]
本发明实施例提供的储罐底板厚度获取方法，通过有限元数值分析方法，模拟储
罐在不同底板厚度下的力学状态，得到底板厚度与内边缘板大角焊缝处应力及弯矩的对应关系，进一步确定底板厚度，做到计算数据精确，以避免底板与壁板连接大角焊缝处最大应力的产生，优化了储罐的设计。
[0057]
图3示出了本发明一实施例提供的一种储罐底板厚度获取方法的流程示意图，参见图3，该方法包括：
[0058]
s21、获取储罐的结构参数和材料特征，以及地基参数，根据所述结构参数、材料特征和地基参数建立储罐有限元数值模型；
[0059]
s22、以储罐底板厚度为变量，基于储罐有限元模型的边界条件对储罐有限元数值模型中的储罐地基进行位移约束，以及基于储罐有限元模型的载荷数据对储罐有限元数值模型中的底板及壁板进行施压，采用牛顿拉普森算法对模型进行数值计算，获得分析结果；
[0060]
s23、根据所述分析结果确定储罐底板内边缘板的焊缝节点的弯矩、径向应力与储罐底板厚度的对应关系，根据储罐底板内边缘板的焊缝节点的弯矩、径向应力与储罐底板厚度的对应关系生成弯矩、径向应力分别与储罐底板厚度的曲线图，从所述曲线图中确定曲线交叉点，根据所述交叉点确定储罐底板厚度。
[0061]
针对步骤s21，该步骤与上述实施例步骤s11在原理上相同，在此不再赘述。
[0062]
针对步骤s22和步骤s23，需要说明的是，在本发明实施例中，液体静压力从液面到罐底成三角形线性分布，从上到下逐渐增大，以均布载荷的方式加到储罐壁板和底板。以储罐底板厚度为变量，即对模型改变底板厚度的大小，会造成模型在每一次模拟状态下的结构参数及状态参数(如力学状态)的变化，因此要采用牛顿拉普森算法(不局限于该算法)对每一种模型进行数值计算求解，从而得到各方面上的分析数据。在这里，分析数据为多次改变底板厚度后对模型进行数值求解得到的数据。
[0063]
如图4所示为储罐底部位置的结构连接图，参见图4，该储罐底板包括外边缘板1、内边缘板2和中幅板3。根据这些分析数据确定储罐底板内边缘板的焊缝节点的弯矩、径向应力与储罐底板厚度的对应关系，根据储罐底板内边缘板的焊缝节点的弯矩、径向应力与储罐底板厚度的对应关系生成弯矩、径向应力分别与储罐底板厚度的曲线图，从曲线图中确定曲线交叉点，根据所述交叉点确定储罐底板厚度。储罐底板内边缘板的焊缝节点是指外边缘板1、内边缘板2、罐壁连接处的交点。储罐底板内边缘板的焊缝节点沿环向一圈均匀分布，因每个节点的弯矩、径向应力大小接近，因此，可取任一节点的数据进行分析。
[0064]
如图5所示为弯矩、径向应力分别与储罐底板厚度的曲线图，参见图5，可以获得曲线交叉点，根据交叉点确定储罐底板厚度。确定的储罐底板厚度可以作为设计或制造储罐的基础。
[0065]
本发明实施例提供的储罐底板厚度获取方法，通过有限元数值分析方法，模拟储罐在不同底板厚度下的力学状态，得到底板厚度与底板内边缘板大角焊缝处应力及弯矩的对应关系，进一步确定底板厚度，做到计算数据精确，以避免底板与壁板连接大角焊缝处最大应力的产生，优化了储罐的设计。
[0066]
图6示出了本发明一实施例提供的一种储罐底板厚度获取装置，包括建立模块31、分析模块32和确定模块33，其中：
[0067]
建立模块31，用于获取储罐的结构参数和材料特征，以及地基参数，根据所述结构参数、材料特征和地基参数建立储罐有限元数值模型；
[0068]
分析模块32，用于对所述储罐有限元数值模型配置边界条件和载荷数据，对配置完成的储罐有限元数值模型进行数值求解，获得分析结果；
[0069]
确定模块33，用于根据所述分析结果确定储罐底板内边缘板的焊缝节点的弯矩、径向应力与储罐底板厚度的对应关系，根据所述对应关系获取储罐底板厚度。
[0070]
在上述实施例装置的进一步实施例中，所述约束条件包括储罐有限元数值模型中的地基下表面为全约束，全约束包括x、y、z方向位移为零；所述载荷数据包括储罐的液体静压力载荷以及罐体及附件的自重载荷。
[0071]
在上述实施例装置的进一步实施例中，所述分析模块具体用于：
[0072]
以储罐底板厚度为变量，基于储罐有限元模型的边界条件对储罐有限元数值模型中的储罐地基进行位移约束，以及基于储罐有限元模型的载荷数据对储罐有限元数值模型中的底板及壁板进行施压，采用牛顿拉普森算法对模型进行数值计算，获得分析结果。
[0073]
在上述实施例装置的进一步实施例中，所述确定模块具体用于：
[0074]
根据储罐底板内边缘板的焊缝节点的弯矩、径向应力与储罐底板厚度的对应关系生成弯矩、径向应力分别与储罐底板厚度的曲线图；
[0075]
从所述曲线图中确定曲线交叉点，根据所述交叉点确定储罐底板厚度。
[0076]
由于本发明实施例所述装置与上述实施例所述方法的原理相同，对于更加详细的解释内容在此不再赘述。
[0077]
需要说明的是，本发明实施例中可以通过硬件处理器(hardware processor)来实现相关功能模块。
[0078]
本发明实施例提供的储罐底板厚度获取装置，通过有限元数值分析方法，模拟储罐在不同底板厚度下的力学状态，得到底板厚度与底板内边缘板大角焊缝处应力及弯矩的对应关系，进一步确定底板厚度，做到计算数据精确，以避免底板与壁板连接大角焊缝处最大应力的产生，优化了储罐的设计。
[0079]
图7示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图7所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)41、通信接口(communications interface)42、存储器(memory)43和通信总线44，其中，处理器41，通信接口42，存储器43通过通信总线44完成相互间的通信。处理器41可以调用存储器43中的逻辑指令，以执行如下方法：获取储罐的结构参数和材料特征，以及地基参数，根据所述结构参数、材料特征和地基参数建立储罐有限元数值模型；对所述储罐有限元数值模型配置边界条件和载荷数据，对配置完成的储罐有限元数值模型进行数值求解，获得分析结果；根据所述分析结果确定储罐底板内边缘板的焊缝节点的弯矩、径向应力与储罐底板厚度的对应关系，根据所述对应关系获取储罐底板厚度。
[0080]
此外，上述的存储器43中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0081]
本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的方法，例如包括：获取储罐的结构参数和材料特征，以及地基参数，根据所述结构参数、材料特征和地基参数建立储罐有限元数值模型；对所述储罐有限元数值模型配置边界条件和载荷数据，对配置完成的储罐有限元数值模型进行数值求解，获得分析结果；根据所述分析结果确定储罐底板内边缘板的焊缝节点的弯矩、径向应力与储罐底板厚度的对应关系，根据所述对应关系获取储罐底板厚度。
[0082]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0083]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。