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浮頂油罐是目前國內外大型和中型油罐中最常用的一種形式。在這類油罐中，浮頂結構分為單盤式和雙盤式兩種，其中單盤式浮頂結構廣泛用于大型油罐中。實際運營中的浮頂結構，單盤上經常會沉積雨水而使得浮頂結構發生較大變形。在浮頂結構設計的有關規范中，要求浮頂結構在一定的降雨量情況下不能出現強度問題、穩定問題以及沉船事故等。因此對浮頂結構進行受力強度分析以及變形分析具有重要的意義。
由于實際運營中的浮頂結構受力狀況較為復雜，且其受力與變形相互耦合相互影響，因此國內外很多研究者提出了多種分析求解方案。英國的Mitchell在1973年首次對單盤式浮頂的強度和穩定問題進行了系統分析，其中把單盤簡化成薄膜來考慮，后來以Epstein為代表的一些美國研究者進一步分析了單盤式浮頂中的應力問題，日本的梅木哲二等在1985年對Epstein的計算方法進行了改進，分析了單盤式浮頂在雨水載荷作用下變形和強度問題，此外，吉田圣一還利用軸對稱有限元分析方法對浮頂結構單盤的應力和強度進行了數值分析。國內對浮頂結構的力學分析首先由中科院力學所完成，中科院力學所在20世紀60年代曾對單盤式浮頂結構進行過經典力學分析，并給出了單盤撓度的近似計算公式。清華大學的袁駟等在1998年根據薄板大撓度彎曲理論提出了ODE(常微分方程)求解器方法分析浮頂結構單盤的變形問題，其中的單盤包括了帶有中心浮艙和不帶中心浮艙的兩種形式。
以上研究基本以解析方法和近似計算方法為主，這些方法都是基于軸對稱模型建立求解方案，無法用于復雜形式的浮頂結構的分析(如帶有立筋、連續梁等結構的浮頂)。由于有限元方法(FEM)目前廣泛用于求解多種工程問題，因此有必要進一步發展浮頂結構的有限元計算分析模型，尤其是用于一些大型復雜的浮頂結構分析模型和有關計算方法。
本研究通過對單盤式浮頂結構的力學分析，建立了浮頂結構受力與變形之間的關系，即給出了載荷與撓度的關系式，并在此基礎上提出了浮頂結構有限元分析的載荷修正法。這一方法的基本思想是：首先利用有限元方法對浮頂結構進行幾何大變形非線性分析，然后根據計算結果通過迭代修正計算來調整載荷大小，使得計算得到的載荷與撓度滿足給定關系式，從而最終獲得浮頂結構的變形與受力情況。最后，通過具體算例分析，本研究方法的計算結果與傳統近似方法的計算結果以及試驗結果進行了對比，驗證了本方法的有效性和可靠性。
專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
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