[发明专利]带圆环柱形消能层的有中心柱型储液罐及其受力计算方法

权利要求书

1.一种带圆环柱形消能层的有中心柱型储液罐的受力计算方法，其特征在于，所述的储液罐包括圆环柱形消能层、中心圆柱(4)、罐顶(5)、罐壁(6)、注液口(7)、储液罐基座(8)，所述的中心圆柱(4)设于圆环柱形消能层内部，圆环柱形消能层设于储液罐内部；所述的圆环柱形消能层包括多孔泡沫材料层(1)、内侧钢筋网(2)、外侧钢筋网(3)；多孔泡沫材料层(1)填满由内侧钢筋网(2)、外侧钢筋网(3)所构成的圆环柱形区域，多孔泡沫材料层(1)由内侧钢筋网(2)、外侧钢筋网(3)夹持固定，内侧钢筋网(2)、外侧钢筋网(3)、中心圆柱(4)、罐壁(6)在任意横截面同心；

所述圆环柱形消能层的孔隙影响系数和阻力系数均匀；内侧钢筋网(2)、外侧钢筋网(3)与罐顶(5)和储液罐基座(8)之间固定连接；注液口(7)在罐壁(6)的下部，用于向储液罐内注入液体(9)；

所述的受力计算方法的步骤如下：

设储液罐的罐体半径为b，内侧钢筋网半径为a，外侧钢筋网半径为c，消能层的孔隙影响系数为ε；储液罐内装有深度为H的液体；储液罐底端与地基固定连接，系统在x方向承受x＝Ae^-iωt的晃荡位移，其中，A为晃荡位移幅值，ω为晃荡频率，t为时间；计算过程中，还将用到以下参数：液体密度ρ，重力加速度g,惯性系数λ,多孔泡沫材料线性阻力系数f；

第一步，将整个系统划分为三个计算子域，第一个计算子域为内侧钢筋网(2)和中心圆柱(4)柱面所包围的圆柱域Ω_Ⅰ，第二个子域为内侧钢筋网(2)和外侧钢筋网(3)之间的圆环柱域Ω_Ⅱ，第三个子域为外侧钢筋网(3)与储液罐罐壁5所包围的圆环柱域Ω_Ⅲ；

第二步，根据线性势流理论，每个子域中流体的速度势函数表示为：

上式中满足三维拉普拉斯方程：

自由水面处边界条件：

储液罐基座处边界条件：

考虑上述边界条件，表达为：

其中，和分别表示传播模态和非传播模态对总速度势的贡献，k₀为传播模态波数,k_m为非传播模态波数，其中m表示非传播模态的阶数；

第三步，应用比例边界有限元方法，得到关于和的比例边界有限元控制方程，如下式所示：

其中，为采用比例边界有限元坐标表示的关于和的节点值，E₀,E₂为系数矩阵，ζ＝k₀bξ，ξ为比例边界有限元坐标中的径向坐标；

第四步，考虑各子域之间的耦合边界条件：

储液罐罐壁(6)和中心圆柱(4)边壁处满足边界条件：

其中，θ为域内任一点处所在界面外法线方向与x轴正方向所成的夹角；

内侧钢筋网(2)处的耦合边界条件为：

外侧钢筋网(3)处的耦合边界条件为：

求解比例边界有限元控制方程得到和的节点值，并由此计算得到各个子域的速度势函数Φ，并根据叠加原理求得总场速度势；

第五步，得到总场速度势后，动态压力由式p＝-ρΦ_,t确定；进而，储液罐所受总力按下式计算：其中括号内第一～四项为中心圆柱边壁、内侧钢筋网(2)、外侧钢筋网(3)和罐壁(6)处轴向单位长度上所受x轴方向晃荡力，R表示计算界面距离中心轴的距离。