含有腐蚀缺陷储油罐的变形和应力分布模拟分析

在对大量的模型进行结构分析后，得出了储油罐的变形量（DMX）和各类应力值（最大径向应力 SX-SMX、最大环向应力 SY-SMX、最大轴向应力 SZ-SMX）的大量数据。对数据进行分析，作图比较，得到以下几点规律。

(1) 对于含有单个缺陷储油罐的变形和应力模拟，当缺陷在第一圈罐壁底边缘处，储油罐的最大变形量不是单纯地随腐蚀面积的增大而增大，而是增大到一定值后最大变形量减小。但当缺陷沿轴向上移时，储油罐的最大变形量随着腐蚀面积的增大而增大。

对于储油罐的最大径向应力，当缺陷在罐底边缘处时，对于储油罐的一部分，储油罐的最大径向应力随着缺陷面积的增大而减小，而对于另一部分，变化趋势正好相反。缺陷在圆周方向上移动，储油罐最大的径向应力先减小后增大。缺陷沿轴向上移时，最大径向应力的变化趋势与在罐底边缘处的截然不同。在储油罐相应位置上，缺陷的位置对储油罐的最大径向应力影响不大，而另一部分相应位置上，随着缺陷的移动，最大径向应力值大幅度增大。

对于储油罐的最大环向应力，当缺陷在罐底边缘处时，腐蚀缺陷在罐壁圆周上两个部分，最大应力值的变化趋势不同。对于储油罐的一个部分，最大环向应力随着缺陷面积的增大而增大，而对于另一部分，应力随着腐蚀面积的增大而减小。储油罐的最大环向应力随着缺陷位置在周向地移动逐渐减小，从位置20°到40°，最大环向应力出现明显的较小，位置大于60°时，最大环向应力基本上不受缺陷位置的变化而变化。随着缺陷面积的增大，储油罐最大环向应力变化趋势比较平缓，数值减小量较小。

对比储油罐最大径向应力和最大环向应力值的变化趋势可以得出，缺陷在罐底边缘和上移时上均出现最大径向应力的变化情况和最大环向应力的变化趋势呈相反的情况。

对于储油罐的最大轴向应力，当缺陷在罐底边缘处时，最大轴向应力的变化趋势与最大变形量的变化趋势基本相同，而与缺陷沿轴向上移时的变化趋势也大致相同，储油罐的最大轴向应力随着缺陷在圆周方向上移动先减小后增大，随着缺陷面积的增大，最大应力逐渐增大。

(2) 通过第三组缺陷随厚度增减对储油罐变形和应力的影响的分析可以得出，在最大变形量（DMX）这个指标上，两组模拟出现了两个个共同点，一就是当缺陷出现在圆周方向60°上时，储油罐的最大变形量最大；二是当缺陷厚度大于0.023m时，厚度的增加对储油罐最大变形量不再产生影响。不同的是，缺陷在罐底边缘时，随位置变化的趋势更为平缓，缺陷上移时则在40°处出现明显减小。

对于储油罐的最大径向应力（SX-SMX），两组模拟曲线所呈现的趋势大致相同，均在圆周方向大于40°处应力值明显增大；小于40°的位置，最大径向应力值不随厚度的增减变化。位置在60°、80°处，随着厚度的增大储油罐的最大径向应力值减小。不同的是，缺陷在罐底处时，厚度大于0.023m时，缺陷位置移动对最大径向应力没有影响。

对于储油罐的最大环向应力（SY-SMX），两组模拟的结果也大致相同，均为随着缺陷在圆周上移动，最大环向应力值减小。位置大于40°的位置上，最大环向应力值不随缺陷厚度的增减变化。0°、20°处，缺陷厚度增大，最大环向应力减小。不同的是，缺陷在罐底边缘处，厚度大于0.027m时，最大环向应力不随缺陷位置的移动而变化。

对于最大轴向应力，两组模拟有明显的不同。缺陷在罐底边缘处时，曲线在40°处，最大轴向应力值明显地减小，而缺陷上移时，最大轴向应力随缺陷位置移动的变化比较平稳，但也在40°处应力值最小。对于最大轴向应力随缺陷厚度增减的变化趋势，缺陷在罐底边缘处时，曲线的变化率为负，而缺陷上移时，曲线可近似为直线变化。

(3) 对于两个缺陷沿圆周方向上排列对储油罐变形的影响，当缺陷在罐底边缘处时，通过模拟计算可以得出对于移动缺陷在圆周方向上的同一个位置，随着厚度的变化，整个储油罐的最大变形量并不发生变化。随着缺陷在圆周上移动，储油罐的最大变形量呈现大幅度的波动变化。数据显示，两个缺陷紧靠时不会增大整个储油罐的最大变形量。当缺陷上移时，两个缺陷靠近会增大储油罐的最大变形量。

对于储油罐的最大径向应力，当缺陷在罐底边缘处时，随着移动缺陷厚度的减小，只有当厚度减小到极小值时，最大径向应力才发生变化，其余厚度下，储油罐的最大径向应力一致，均为232MPa。当缺陷上移时，随着缺陷在圆周上移动，最大径向应力增大，但在39°处，径向应力值明显大于相邻位置的应力值。缺陷厚度的增加储油罐的最大径向应力值逐渐减小。

对于储油罐的最大环向应力，当缺陷在罐底边缘处时，移动缺陷的厚度从0.035m减小到0.011m时，缺陷位置的变化对最大环向应力值没有影响。缺陷位置在52°~85°之间时，缺陷厚度的增减对最大环向应力没有影响。当缺陷上移时，储油罐的最大环向应力与最大径向应力的变化趋势相反，但都在39°处，最大环向应力值也大于相邻位置的应力值。

对于储油罐的最大轴向应力，当缺陷在罐底边缘处时，厚度在0.007~0.035m之间时，当两个缺陷贴在一起，储油罐的轴向应力出现最大值，说明，两个缺陷紧靠时对储油罐最大轴向应力的影响很大。缺陷2在同一个周向位置上时，移动缺陷的厚度增大到0.007m，轴向应力急剧减小，随着厚度的继续增大，整个储油罐的轴向应力保持不变。当缺陷上移时，移动缺陷在39°时，缺陷对储油罐的影响最大，最大轴向应力值大幅度增大。随着缺陷厚度的增大，储油罐的最大轴向应力值减小。

(4) 对于两个缺陷沿轴向排列对储油罐变形的影响，分别改变两个缺陷的厚度，储油罐的最大变形量在厚度增加到一定数值后不再发生变化。对于储油罐的最大径向应力，分别改变两个缺陷的厚度时，应力值不会受到影响。而对于储油罐的最大环向应力，在大缺陷的厚度大于0.019m时不受影响，厚度在0.003m~0.015m之间时，最大环向应力随着厚度的增加而减小，在0.003m处，应力值有非常明显的增大；随着小缺陷厚度的增大，储油罐的最大环向应力逐渐减小。对于最大轴向应力，数值随着两个缺陷厚度的增大均出现逐渐减小的趋势。

(5) 对于两个缺陷径向排列（一个缺陷中包含另一个缺陷），在模拟选择的四个位置，随着小缺陷厚度的减小，整个储油罐的最大变形量均呈现出增大的趋势，并且在厚度为0.003m处，储油罐的变形量急剧增加。当小缺陷厚度大于0.015m时，厚度的增减对储油罐的最大变形值影响很小。对于储油罐的最大径向应力值，改变其中小缺陷的厚度，基本上不影响整个储油罐的最大径向应力值。储油罐的最大环向应力均随着缺陷厚度的减小而增大。缺陷在40°、60°处，厚度大于0.011m时，再改变厚度的大小不会对环向应力产生影响。对于储油罐的最大轴向应力，可以粗略认为缺陷在20°~40°之间时，改变小缺陷的厚度不会影响整个储油罐的最大轴向应力。而在60°处，各个厚度对应的最大应力值均增大。对于同一个位置，储油罐的最大轴向应力也随着厚度的减小而增大。

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