Linear and physically non-linear stress state analysis of local shape defects on steel cylindrical tank walls by finite element method

Abstract

Steel storage tanks and other structures of such kind of buildings have been extensively designed following the requirements of continuous cyclic operations. Because of many economically based reasons any engineering inspections of a huge volume are very expensive, so investigations of the local defects are practically important. Natural inspection of tank dents has shown that analytical approach of their investigation by using existing design standards is rather complicated. The main objective of the presented investigations is the development of an easy engineering algorithm for the solution of soft stress concentrator. The results, derived from the proposed formulas, are compared with the results obtained by numerical modelling using finite element method.

Plieniniai rezervuarai ir tokio tipo inžineriniai statiniai projektuojami atsižvelgiant į jų ilgalaikę eksploataciją. Didelio tūrio statinių remontas arba net profilaktinės apžiūros yra gana brangūs procesai, todėl labai svarbu tirti jų defektus. Analizuojant eksploatacinę būklę ypatingą vaidmenį vaidina įvairūs koncentratoriai, kuriuos įprasta sąlygiškai skirstyti į smailius (įpjovos, technologinės jungtys ir pan.) ir švelnius (įspaudos, įlinkimai, įdubos ir pan.). Minkštų defektų natūriniai stebėjimai (stebėsenos talpyklos nuo 1 000 iki 50 000 m3, sąlyginis defektų skersmuo nuo 0,40 iki 4,5 m, gylis iki 120 mm) parodė, kad esamų projektavimo normų metodikos tokiems defektams vertinti yra netikslios. Šio darbo tikslas - pasiūlyti nesudėtingą inžinerinį algoritmą minkštiems geometriniams koncentratoriams aprašyti, nes, taikydamas paprastas analitines priklausomybes, inžinierius-praktikas gali apibūdinti defekto įtaką statiniui. Siūlomos išraiškos tikrinamos, gretinant realių objektų skaičiavimo ir natūrinių stebėjimų rezultatus. Taip pat skaitiškai modeliuojamas cilindrinio plieninio rezervuaro mechaninis būvis geometrinių defektų vietose.