Application of the non-linear fe models to estimate effect of soft defects on thin walls of steel cylindrical tanks

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 numerical investigations of the local defects are practically important. Natural inspection of tank dents (volumes of tanks were from 1 000 to 50 000 m3, diameter of dents from 0,40 to 4,50 m, a depth up to 120 mm) has shown that analytical approach of their investigation by using existing design standards is rather complicated. The main objectives of the presented investigations are: to determine an appropriate size of the finite element for geometrical defect modelling on thin wall of the steel cylindrical tank; to identify stress/strain state by using finite element method in the place of the defect; to define the appropriate results of the proposed analytical solutions and requirements of the codes with FEM results. The results, derived from the proposed formulas, are compared to those of natural inspection of real tanks and also with the results obtained by numerical modelling using the finite element method.

Plieninės talpyklos ir tokio tipo inžineriniai statiniai projektuojami, atsižvelgiant į ilgalaikę jų eksploataciją. Didelių statinių remontas ir profilaktinė priežiūra yra gana brangūs procesai, todėl svarbus talpyklų defektų skaitinis tyrimas. Talpyklų minkštųjų defektų natūriniai stebėjimai (stebėtos talpyklos nuo 1 000 iki 50 000 m3, sąlyginis defektų skersmuo nuo 0,40 iki 4,50 m, gylis iki 120 mm) parodė, kad normavimo metodikos yra netikslios. Šiame darbe siekiama parinkti tinkamą baigtinio elemento dydį plonasienių plieninių cilindrinių talpyklų geometriniams defektams modeliuoti taikant baigtinių elementų metodą, nustatyti įtempių ir deformacijų būvį defekto vietoje, palyginti siūlomus analitinius sprendimus bei standartų reikalavimus su baigtinių elementų metodo rezultatais. Siūlomos išraiškos tikrinamos gretinant realių objektų skaičiavimo ir natūrinių stebėjimų rezultatus. Geometrinių defektų mechaninis būvis papildomai modeliuojamas baigtinių elementų metodu.