钢制储罐安全防护研究(3)
聚脲涂层对罐体塑性铰线弯矩的提升也是罐体最大位移降低的主要原因。在圆柱壳结构发生凹陷变形的过程中,能量主要由塑性铰线吸收。因此,圆柱壳结构在侧向爆炸荷载作用下的最大位移与塑性铰线对应的塑性弯矩紧密相关。将罐体的钢材视为理想刚塑性材料,则塑性铰弯矩为:
其中:σ0为钢材屈服强度,等于235 MPa;H为罐体壁厚,等于20 mm。涂覆聚脲层后,罐体塑性铰弯矩为:
其中:Ep为聚脲应力值;H1为聚脲层厚度;R为变形后的塑性铰线处的曲率半径。当罐体表面喷涂30 mm聚脲层时,根据数值模拟结果,罐体塑性铰线处的曲率半径约为90 cm。根据(2)式、(3)式求得M0和M0′的值分别为23.5 N·M和27.0 N·m。通过计算可得,聚脲涂层使得罐体塑性铰线处的最大弯矩增加了14.4%。可见聚脲涂层在罐体塑性铰线处起到了一定的提升塑性弯矩的效果,进而降低了罐体在侧向爆炸荷载作用下的最大位移。
4 结 论
本文利用ANSYS LS-DYNA软件进行了聚脲涂覆钢制储罐在爆炸荷载作用下的变形研究。模拟结果显示,聚脲涂层能有效降低罐体最大位移和残余位移,聚脲层厚度与罐体厚度相近时,能将罐体最大位移和残余位移降低25%。同时,对比涂覆不同厚度聚脲的罐体位移发现,随着涂层厚度的提高,继续增加聚脲涂层厚度所起到的降低位移的效果逐渐下降。聚脲涂层对罐体面密度的提高和罐体塑性铰线处弯矩的提升是影响聚脲涂层对罐体位移降低效果的主要因素。
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王倍嘉(1984—),男,黑龙江哈尔滨人,哈尔滨工业大学博士生;
蒋月新(1992—),男,江苏淮安人,哈尔滨工业大学博士生,通信作者,E-mail:.
文章来源:《爆炸与冲击》 网址: http://www.bzycjzz.cn/qikandaodu/2021/0610/1185.html