APP案例 | 大型LNG储罐全三维快速建模与仿真计算系统
LNG储罐的国产化和设计建造技术能力的提升至关重要，而基于CAE技术的数值仿真技术是对储罐进行校核计算不可或缺的重要手段。
随着液化天然气需求量的增加，LNG储罐的发展趋势是大型复杂化，目前的全容储罐容量已经达到20万方以上，空间尺寸接近百米，结构复杂，包括钢筋混凝土外罐、钢制內罐、液体、保冷层、穹顶、吊顶、桩基础以及其他辅助结构等，罐内外温差大，属于工作环境复杂的大型复合结构，其温度场、结构内力、刚度、强度的计算和校核验算必须借助于有限元方法，而且对CAE建模和计算手段提出了极大的挑战。
图1. LNG全容储罐结构示意
功能优势
针对大型LNG储罐，尤其是复杂超大容积LNG全容储罐，基于ANSYS平台开发了专用的LNG储罐全三维建模与仿真分析系统，实现了LNG全容储罐快速精确建模、高效计算与结果校核。
LNG储罐仿真分析系统的优势体现在：
（1）全三维整体建模。模型可包括内外罐以及钢筋、液体、保冷层、穹顶、吊顶、桩基础以及其他附属结构，可考虑桩土相互作用以及各部分结构之间的直接耦合作用。
（2）全参数化自动建模。基于模板的结构参数和计算参数描述以及（可交互）全自动建模。
（3）面向设计需求、基于规范的载荷工况定义与工况计算。可考虑温度场、预应力、恒载、活载、风载、雪载、LNG液压、设计正负压、气压试验、水压试验、泄露、地震、爆炸、冲击、火灾等各种工况，进行静力、动力、稳定性计算，并按照规范和设计要求进行SLS(适用性极限状态)及ULS(最终极限状态)荷载组合与评估。
（4）面向设计需求的结果呈现与校核。包括液面晃动、混凝土与钢结构的内力（弯矩、剪力、轴力）与应力、穹顶屈曲载荷、裂缝宽度、结构变形、基础沉降等，可按照图片、曲线、动画、数据等形式输出计算结果，并自动生成计算报告。
（5）非线性校核计算。抗外物冲击、储罐结构失效与断裂破坏分析，基础极限承载力分析等。
（6）结构优化设计。基于全参数化模型与力学计算实现结构参数敏感性分析与优化设计。
图2. LNG全容储罐全三维建模与仿真分析系统
应用案例
LNG储罐全三维建模与仿真分析系统已经得到了成功的应用，被应用于国内数个大型LNG全容储罐的计算校核中，容积涵盖16万方-27万方。
图3-图5所示为某20万方LNG全容储罐的有限元模型。应用LNG储罐全三维建模与仿真分析系统实现了该储罐的快速建模以及在各种设计工况下的高效计算与组合，获取了温度、内力、应力、变形等结果，为设计、验算与改进提供了依据。图6-图11展示了相关计算结果。
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