學(xué)習(xí)筆記，若有誤，還請(qǐng)指正。

先說(shuō)結(jié)論：

1. Ansys Workbench線性屈曲計(jì)算得到的外壓球殼臨界失穩(wěn)壓力數(shù)值解，與小撓度理論解十分接近，對(duì)于我們的模型，其誤差在1%以內(nèi)。

2. 同樣是基于外壓球殼理論，與一般外壓容器上的球形封頭相比，儲(chǔ)罐拱頂?shù)暮缚p多且長(zhǎng)、無(wú)損檢測(cè)要求較低，從防止失穩(wěn)的角度考慮，拱頂?shù)陌踩禂?shù)（m=4）不能降低，宜高于外壓球形封頭（m=3）。

外壓球殼Pcr

對(duì)于Ri=58.84mm，t=0.432mm，E=1.93×10⁵MPa，ν=0.28的球殼，Workbench Linear Buckling分析有Pcr=12.402MPa，見下面圖1的右下角。而根據(jù)小撓度理論得到的臨界失穩(wěn)壓力為12.513MPa，見下面圖2，兩者誤差在1%以內(nèi)。

另，對(duì)于相同參數(shù)的外壓球殼，文獻(xiàn)[1]采用另一有限元軟件ABAQUS計(jì)算得到的Pcr=12.474，見文獻(xiàn)[1]的表4-3，即下方圖3的紅圈處。

需要指出的是，Workbench LinearBuckling分析的是理想外壓球殼，即材料、尺寸、形狀都是“完美”的，與實(shí)際外壓球殼的實(shí)驗(yàn)值是有較大差異的，下方圖3的第一列Ptest，即我們這個(gè)球殼外壓失穩(wěn)臨界壓力的實(shí)測(cè)值。由于GB/T 150.3和GB 50341倆標(biāo)準(zhǔn)在討論外壓球殼時(shí)，都是從小撓度理論出發(fā)，如果要定性地分析開孔等對(duì)Pcr的影響，似乎線性屈曲（或叫特征值屈曲）也是夠用的了。

圖1 ANSYS程序截圖

圖2 小撓度理論公式計(jì)算

圖3 文獻(xiàn)[1]表4.3

自支撐式拱頂安全系數(shù)

有關(guān)外壓球殼的安全系數(shù)m之前我們討論過(guò)，見《GB150釋義有誤？外壓球殼安全系數(shù)之爭(zhēng)》。

如果認(rèn)為GB/T 150.3中外壓球殼的m=3，那么GB 50341中自支撐式拱頂（光殼）的外壓安全系數(shù)m就是4，具體可見文獻(xiàn)[2]。那么拱頂?shù)膍大于外壓球殼有沒(méi)有必要呢？

根據(jù)文獻(xiàn)[3]和文獻(xiàn)[4]的10.4.2可知，罐頂?shù)男挝还詈秃附尤毕菔菚?huì)降低殼體失穩(wěn)臨界壓力的。如文獻(xiàn)[3]寫道：

圖4

而我們知道，儲(chǔ)罐的自支撐式拱頂是由一塊塊瓜皮板拼起來(lái)的，而標(biāo)準(zhǔn)對(duì)瓜皮板、罐頂尺寸公差的要求是低于GB/T 150.4對(duì)封頭尺寸的控制的，并且罐頂板上瓜皮板搭接的焊縫數(shù)量和長(zhǎng)度是很可觀的。GB 50341對(duì)罐頂?shù)臒o(wú)損檢測(cè)要求是比較低的，甚至罐頂?shù)暮缚p是不進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)的，見我們之前的文章《大儲(chǔ)罐的無(wú)損檢測(cè)要點(diǎn)》。

所以可以說(shuō)，罐頂板的尺寸公差相對(duì)是比較大的，潛在的焊接缺陷是比較多的，所以有必要留出更的安全裕量。

參考文獻(xiàn)：

[1] 徐欣宏. 外壓球殼封頭屈曲分析及試驗(yàn)研究[D]. 江蘇鎮(zhèn)江: 江蘇科技大學(xué),2017

[2] 張金偉 等. 自支撐拱頂厚度公式的外壓安全系數(shù)分析. 化工設(shè)備與管道, 2015, 52(2)

[3] 王紅福. 儲(chǔ)罐罐頂?shù)氖Х€(wěn)分析. 油氣儲(chǔ)運(yùn), 2002, 21(5)

[4] 王志文, 關(guān)凱書. 過(guò)程設(shè)備失效分析[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2017

最后，附上ANSYS WB計(jì)算的載荷、邊界條件和網(wǎng)絡(luò)劃分截圖。