[发明专利]一种带填充圆柱消能结构的储液箱及其数值计算方法

说明书

一种带填充圆柱消能结构的储液箱及其数值计算方法，属于储液装置技术领域。在储液箱内部中心位置设置填充圆柱消能结构，消能结构中的多孔泡沫填充材料填满钢筋网所围成区域，并由钢筋网夹持固定。钢筋网和液箱壁二者在任意横截面同心。带填充圆柱消能结构的储液箱通过多孔泡沫填充材料的阻尼特性消耗储液箱内部的部分晃荡能量，达到减晃的目的。本发明将比例边界有限单元法应用于带填充圆柱消能结构的储液箱的数值模拟中，求解储液箱所受晃荡波浪力。本发明提供的储液箱结构减晃效果明显；多孔泡沫填充材料便于加工，且对材料属性要求低，经济；多孔泡沫填充材料质量轻，对储液箱地基承载能力影响小。

技术领域

本发明属于储液装置技术领域，涉及一种带填充圆柱消能结构的储液箱，具体涉及一种能够利用填充圆柱消能结构的缓冲作用消耗储液箱内部的部分晃荡能量来达到抑制液体晃荡效应的储液箱。

背景技术

对于陆上和海上的大型储液罐、储油罐等储液箱体结构，在遇到外加震动载荷(如地震等)时，箱体内部的液体会产生晃动现象，当外部激励接近箱体固有频率时，极易发生共振现象，液体急剧大幅晃动，产生的动水压力会对箱体结构造成巨大的冲击，一旦冲击压力大于结构的承载能力将会造成箱体破裂甚至整体倾覆，如果发生在化工厂，可能造成有毒原料泄露，严重污染环境，甚至引起火灾，爆炸等事故，造成不可估量的人身财产安全；如果发生在海洋平台上的大型储液箱体，可能会造成源油泄露，对不可再生资源的严重浪费，破坏海洋生态环境，另外，如果在这种情况下发生火灾或者爆炸事故，其造成的人身财产损失将是难以想象的。

只有认识储液箱液体晃荡现象的机理，并将其运用到储液箱的实际设计和生产中，才能有效避免上述事故的发生。然而现有的减晃技术仍然以阻尼挡板为主，这种装置由于其形式简单在实际生产中也多有应用，但是这种技术对挡板的安装位置依赖性较强，适用性差，并且挡板的阻尼性差，对共振区频率的影响有限，因此仍然容易发生共振现象。另外，近年来，开孔结构由于具有良好的折射和反射波浪能量的作用，也逐渐引起人们的注意，但是这类结构仅仅依靠结构对波浪的折射和反射作用，阻尼性差，缓冲作用有限，不能有效的吸收液体晃荡能量。

针对上述问题，本发明提供一种带填充圆柱消能结构的储液箱，通过数值计算发现，这种圆柱形消能结构内部的多孔泡沫材料填充层不但具有现有技术中挡板和开孔结构反射和折射波浪能量的特性，而且因为厚度的存在，能够使其在厚度范围内更加充分的缓冲和吸收能量，有效的避免共振现象的发生。另外，本发明采用一种新兴的数值计算方法，即比例边界有限单元法(SBFEM)，这种方法与传统的边界元法(BEM)相比无需基本解，与有限元法(FEM)相比又具有半解析的优势。本发明首次将比例边界有限单元法应用于带填充圆柱消能结构的储液箱的数值模拟中，数值计算结果表明这种方法应用于此领域是适用和有效的。

发明内容

针对现有技术提供的问题，本发明提供一种带填充圆柱消能结构的储液箱及其受力计算方法，具体的说就是一种能够利用填充圆柱消能结构的缓冲作用消耗储液箱内部的部分晃荡能量来达到抑制液体晃荡效应的储液箱。

本发明首次提出一种带填充圆柱消能结构的储液箱。多孔泡沫填充材料为圆柱形，便于加工，且对材料属性要求低，经济，且材料质量轻，对储液箱地基承载能力影响小，并且采用比例边界有限元法证明了这种填充圆柱消能结构具有显著的消能减晃效果。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种带填充圆柱消能结构的储液箱，包括填充圆柱消能结构、液箱顶3、圆筒形的液箱壁4、注液口5、液箱基座6。

所述的填充圆柱消能结构包括多孔泡沫填充材料1、圆筒形的钢筋网2，位于液箱壁4内部，多孔泡沫填充材料1填满钢筋网2所围成的圆柱形区域，并由钢筋网2夹持固定，钢筋网2上下两端分别与液箱顶3和液箱基座6通过焊接相连。所述的钢筋网2和液箱壁4二者在任意横截面同心，所述消能层的填充参数是均匀的。所述的注液口5设置于液箱壁4下部，用于向储液箱内注入液体7，液体7为冷却液、燃油、水等液态物质。