一种储罐内液体晃动分析方法及系统与流程

本发明属于结构力学，尤其涉及一种储罐内液体晃动分析方法及系统。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、大型储罐在地震载荷作用下，其内部所盛液体会发生大幅度的晃动，液体的晃动载荷会对储罐壁产生动液压，进而对储罐底部产生倾覆力矩，所以不能简单的假定罐内液体和储罐是统一刚度进而简单的采用附加质量法来处理。准确掌握储罐的频率和振型等自振特性，可以避免储罐的自振频率和卓越地震频率接近而产生共振，是储罐抗震设计成功的前提。

3、目前国内外众多设计规范的理论基础是housner于1957年提出至1963年间完善的刚性矩形和圆柱形储液容器水体的简化模型，由于其简单实用，在20世纪五、六十年代就受到广泛采用。限于housner理论的推导建立在储罐为刚性结构的假设前提下，没有考虑流固耦合振动效应，其预测的储罐第一阶主振型频率比实际结构偏高。日本20世纪七十至八十年代期间，按照housner理论设计的储罐，在经历设计基准之内的地震后，罐壁却发生了较大变形甚至破坏也证实了housner理论公式的不保守，迫切需要一种更为精确的理论方法，提高储罐系统的自振频率预测结果精度和保守性，从而保障大型储罐在地震载荷下安全性。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种储罐内液体晃动分析方法及系统，同时考虑了流固耦合的振动效应和液面波动产生的滑动载荷，将储罐内液体相对于储罐罐壁的运动分为不同的运动形式进行模态的分析，提高了后续所得到的储罐的自振频率的精度。

2、为实现上述目的，本发明的第一个方面提供一种储罐内液体晃动分析方法，包括：

3、获取储罐的设计量；

4、基于流固耦合的振动效应和液面波动的晃动效应将储罐内液体相对于储罐罐壁的运动形式分为冲击运动和对流运动，结合储罐的设计量，建立储罐的二维力学模型；

5、根据所建立的储罐的二维力学模型的参数采用有限元分析模型对储罐内液体相对于储罐罐壁不同的运动形式进行模态分析，得到储罐的自振频率。

6、本发明的第二个方面提供一种储罐内液体晃动分析系统，包括：

7、获取模块：获取储罐的设计量；

8、二维力学模型建立模块：基于流固耦合的振动效应和液面波动的晃动效应将储罐内液体相对于储罐罐壁的运动形式分为冲击运动和对流运动，结合储罐的设计量，建立储罐的二维力学模型；

9、分析模块：根据所建立的储罐的二维力学模型的参数采用有限元分析模型对储罐内液体相对于储罐罐壁不同的运动形式进行模态分析，得到储罐的自振频率。

10、本发明的第三个方面提供一种计算机设备，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当计算机设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行一种储罐内液体晃动分析方法。

11、本发明的第四个方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行一种储罐内液体晃动分析方法。

12、以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

13、在本发明中，根据储罐内的液体的运动特性分为相对于罐壁做冲击运动和对流运动两部分，结合储罐的设计量建立液体相对于储罐两种运动形式的二维力学模型，根据二维力学模型的参数采用有限元分析模型进行分析，得到储罐的自振频率；本发明所提方法同时考虑了流固耦合的振动效应和液面波动产生的滑动载荷，适用于大型低压储罐抗震分析时考虑水晃动分析，避免了housner理论公式的不保守性，相对于housner理论模型和流固耦合模型而言，本发明所得到的储罐的自振频率精度和保守性更高。

14、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种储罐内液体晃动分析方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种储罐内液体晃动分析方法，其特征在于，所述储罐的二维力学模型的参数包括：冲击运动的液体质量、冲击运动的液体质心高度、对流运动的液体质量、对流运动的液体质心和对流运动的液体晃动刚度。

3.如权利要求2所述的一种储罐内液体晃动分析方法，其特征在于，所述对流运动的液体晃动刚度根据对流运动的液体第一阶晃动圆频率和对流运动的液体质量确定；其中，根据储罐的半径和储罐的设计装液高度确定对流运动的液体第一阶晃动圆频率。

4.如权利要求1所述的一种储罐内液体晃动分析方法，其特征在于，基于所获取的储罐的二维力学模型的参数，采用ansys软件建立储罐的三维抗震分析模型，对于做冲击运动的液体质量，采用附加质量法将做冲击运动的液体质量附加在对应区域内的罐壁上，对于做对流运动的液体质量，采用ansys软件中的集中质量单元和弹簧单元进行模拟。

5.如权利要求4所述的一种储罐内液体晃动分析方法，其特征在于，对所建立的储罐的三维抗震分析模型进行模态分析，得到的储罐的第一阶梁式振型频率和第一阶液面波动频率。

6.如权利要求1所述的一种储罐内液体晃动分析方法，其特征在于，采用abaqus软件tools-special-create-point mass/intertia创建集中质量单元，以及interaction模块的special-springs/dashpots创建弹簧单元，建立储罐的三维抗震分析模型，对所建立的储罐的三维抗震分析模型进行模态分析计算，获得储罐的第一阶梁式振型频率。

7.一种储罐内液体晃动分析系统，其特征在于，包括：

8.如权利要求7所述的一种储罐内液体晃动分析系统，其特征在于，在所述分析模块中，基于所获取的储罐的二维力学模型的参数，采用ansys软件建立储罐的三维抗震分析模型，对于做冲击运动的液体质量，采用附加质量法将做冲击运动的液体质量附加在对应区域内的罐壁上，对于做对流运动的液体质量，采用ansys软件中的集中质量单元和弹簧单元进行模拟。

9.一种计算机设备，其特征在于，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当计算机设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行如权利要求1至6任一项所述的一种储罐内液体晃动分析方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如权利要求1至6任一项所述的一种储罐内液体晃动分析方法。

技术总结
本发明提出了一种储罐内液体晃动分析方法及系统，包括：获取储罐的设计量；基于流固耦合的振动效应和液面波动的晃动效应将储罐内液体相对于储罐罐壁的运动形式分为冲击运动和对流运动，结合储罐的设计量，建立储罐的二维力学模型；根据所建立的储罐的二维力学模型的参数采用有限元分析模型对储罐内液体相对于储罐罐壁不同的运动形式进行模态分析，得到储罐的自振频率。同时考虑了流固耦合的振动效应和液面波动产生的滑动载荷，将储罐内液体相对于储罐罐壁的运动分为不同的运动形式进行模态的分析，提高了后续所得到的储罐的自振频率的精度。

技术研发人员：沈睿,陈孟,薛国宏,牛波,颜雄
受保护的技术使用者：上海核工程研究设计院股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15