一種用于防風(fēng)抗振的高聳塔器疲勞壽命設(shè)計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于高聳塔器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與安全評(píng)定領(lǐng)域，具體涉及一種用于防風(fēng)抗振的高聳塔器疲勞壽命設(shè)計(jì)方法。其具體包括以下步驟：設(shè)定參考風(fēng)速，制定離散化的風(fēng)速風(fēng)向聯(lián)合概率分布區(qū)間；設(shè)計(jì)危險(xiǎn)截面部位的多種結(jié)構(gòu)形式，并求解其應(yīng)力集中因子；模擬單位時(shí)間內(nèi)高聳塔器在各參考風(fēng)速下危險(xiǎn)截面不同方向上的名義應(yīng)力時(shí)程響應(yīng)；計(jì)算高聳塔器在危險(xiǎn)截面部位不同結(jié)構(gòu)形式和缺陷評(píng)定等級(jí)下的風(fēng)致疲勞壽命；判定其壽命是否滿足要求，若滿足則確定設(shè)計(jì)方案，否則需重新設(shè)計(jì)高聳塔器整體結(jié)構(gòu)，并再次進(jìn)行上述過(guò)程。本發(fā)明提供的方法可為沿海多風(fēng)地區(qū)高聳塔器的合理設(shè)計(jì)、安全運(yùn)行提供借鑒。
【專利說(shuō)明】一種用于防風(fēng)抗振的高聳塔器疲勞壽命設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高聳塔器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與安全評(píng)定領(lǐng)域，具體涉及一種用于防風(fēng)抗振的高聳塔器疲勞壽命設(shè)計(jì)方法。
技術(shù)背景
[0002]塔器是化工、石油化工和煉油等生產(chǎn)中最重要的單元操作設(shè)備之一，它的性能好壞，對(duì)于整個(gè)裝置的生產(chǎn)能力、三廢處理和環(huán)境保護(hù)等各個(gè)方面都有較大影響。風(fēng)載荷是塔器較為敏感的載荷之一，它能弓I起塔器沿著風(fēng)向的順風(fēng)向振動(dòng)以及垂直于風(fēng)向的橫風(fēng)向振動(dòng)，而過(guò)于頻繁地順風(fēng)向或橫風(fēng)向振動(dòng)又可能會(huì)導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)疲勞開(kāi)裂甚至疲勞失效。對(duì)于大型直立高聳塔器而言，如脫甲烷塔、精餾塔、焦炭塔，雖然在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中已經(jīng)考慮了風(fēng)載荷的影響，但是對(duì)沿海等地區(qū)多風(fēng)環(huán)境下高聳結(jié)構(gòu)可能會(huì)發(fā)生風(fēng)致疲勞的潛在危害性考慮不周。當(dāng)一些高聳塔器在實(shí)際使用中因結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理產(chǎn)生了局部高應(yīng)力集中區(qū)，或者在制造時(shí)本身存在先天缺陷，或者在腐蝕性介質(zhì)的長(zhǎng)期作用下產(chǎn)生的各類新生缺陷，這些都會(huì)使高聳塔器的承載能力大幅度降低，使得高聳塔器在長(zhǎng)期的風(fēng)致振動(dòng)作用下產(chǎn)生疲勞裂紋，最終造成塔器開(kāi)裂、易燃易爆或有毒有害氣體泄漏，給企業(yè)的生產(chǎn)帶來(lái)了安全隱患，近年來(lái)高聳塔器由此發(fā)生的事故也對(duì)相關(guān)企業(yè)造成了較大的經(jīng)濟(jì)損失。
[0003]然而國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，如美國(guó)土木工程師協(xié)會(huì)(ASCE)標(biāo)準(zhǔn)、我國(guó)建筑行業(yè)的GB50135《高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》以及壓力容器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)JB/T4710《鋼制塔式容器》，雖然都對(duì)該類結(jié)構(gòu)的風(fēng)載荷及風(fēng)振響應(yīng)給出了明確的計(jì)算方法，但是這些方法都將風(fēng)載荷視為短期載荷，尚未考慮多風(fēng)環(huán)境下高聳塔器的疲勞問(wèn)題，且這種將順風(fēng)向載荷等效為靜載荷以及僅考慮橫風(fēng)向臨界共振響應(yīng)的傳統(tǒng)方法，并不適合對(duì)高聳塔器進(jìn)行疲勞壽命設(shè)計(jì)。同時(shí)，高聳塔器所在地區(qū)的風(fēng)速風(fēng)向都有一定的分布規(guī)律，這無(wú)疑會(huì)影響高聳塔器的風(fēng)致疲勞壽命結(jié)果，而隨著塔器高度的增加與高強(qiáng)材料的使用，其風(fēng)敏感性問(wèn)題也更加突出。
[0004]從目前國(guó)內(nèi)外有關(guān)研究來(lái)看，針對(duì)高聳塔器疲勞壽命設(shè)計(jì)方面的研究幾乎還未涉足，此方面的研究多集中在諸如桅桿、電視塔、高樓等結(jié)構(gòu)的風(fēng)致疲勞壽命分析領(lǐng)域。此外，高聳塔器作為一種大型的石油化工設(shè)備，不僅外部有操作平臺(tái)、扶梯等特殊結(jié)構(gòu)，而且內(nèi)部還有大量的工藝反應(yīng)介質(zhì)，因而其風(fēng)致疲勞特性及設(shè)計(jì)要求也與上述結(jié)構(gòu)存在較大的差另O。為確保多風(fēng)地區(qū)高聳塔器的運(yùn)行安全，如何為該類結(jié)構(gòu)提供適合的疲勞壽命校核及設(shè)計(jì)方法，現(xiàn)已成為一個(gè)迫切的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種用于防風(fēng)抗振的高聳塔器疲勞壽命設(shè)計(jì)方法，該方法可為沿海地區(qū)高聳塔器的合理設(shè)計(jì)、安全運(yùn)行提供參考。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:一種用于防風(fēng)抗振的高聳塔器疲勞壽命設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟:
[0007]1、一種用于防風(fēng)抗振的高聳塔器疲勞壽命設(shè)計(jì)方法，其包括如下步驟:[0008]S1、以離地面IOm高度處的平均風(fēng)速作為參考風(fēng)速，設(shè)定參考風(fēng)速為r = 1，2，…，13 ;最小參考風(fēng)速V1取4m/s，最大參考風(fēng)速V13取28m/s，中間相鄰的參考風(fēng)速取值間隔為2m/S。
[0009]根據(jù)高聳塔器所在的地區(qū)，選擇風(fēng)速風(fēng)向聯(lián)合分布函數(shù)，所述風(fēng)速風(fēng)向聯(lián)合分布函數(shù)的表達(dá)式如下:
[0010]
【權(quán)利要求】
1.一種用于防風(fēng)抗振的高聳塔器疲勞壽命設(shè)計(jì)方法，其包括如下步驟: . 51、以離地面IOm高度處的平均風(fēng)速作為參考風(fēng)速，設(shè)定參考風(fēng)速為Vpr = 1,2,…，.13 ;最小參考風(fēng)速V1取4m/s，最大參考風(fēng)速V13取28m/s，中間相鄰的參考風(fēng)速取值間隔為.2m/s。 根據(jù)高聳塔器所在的地區(qū)，選擇風(fēng)速風(fēng)向聯(lián)合分布函數(shù)，所述風(fēng)速風(fēng)向聯(lián)合分布函數(shù)的表達(dá)式如下:
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK103955555SQ201410117435
【公開(kāi)日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年3月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月26日
【發(fā)明者】汪睿, 陳學(xué)冬, 范志超 申請(qǐng)人:合肥通用機(jī)械研究院