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摘 要: 本文介绍了液固耦合的基本概念和储罐的有限单元类型，并利用大型有限元软件ANSYS建立了储罐液固耦合的有限元模型，为进一步开展储罐结构的静力和动力性能分析奠定基础。
关键词: 液固耦合 储罐 ANSYS 有限元模型
Abstract：This paper introduces the basic concept of solid-liquid coupling and finite element type of tank, solid-liquid coupling finite element model of tank is established by finite element software ANSYS, and it lay the foundation for further developing the static and dynamic performance analysis of tank structure.
Key Words: solid-liquid couplingtankANSYSfinite element model
1.引言
石油是工业的血液，在国民生产生活中有着举足轻重的作用。作为石油生产加工运输的重要设备储罐的抗震性能的好坏，就决定了石油工业的安全。储罐是由管壁、底板和储液三部分组成，受力性能较复杂，大型有限元软件ANSYS用于分析这种复杂结构的静力、动力、线性、非线性等响应特征时具有强大优势，可以很好地反映这种结构在各种复杂因素作用下的力学特征。
本文利用大型有限元软件ANSYS建立了储罐液固耦合的有限元模型，详细介绍了整个建模过程，为进一步开展储罐的静力和动力性能分析奠定基础。
按照耦合机理，流固耦合问题大致可以分为两大类，第一类是两相介质部分或全部重叠在一起，如渗流问题；第二类的特征是耦合作用仅发生在两相交界面上。Zienkiewcz和Bettess曾将第二类问题分为三种情况：一是流体和固体间有相对较大的运动情况，如飞机飞行状态下的气动弹性力学问题；二是有限流体运动的短周期情况，如流体受冲击和水下爆炸问题；三是有限流体位移的长周期情况，如充液容器的流固耦合振动问题（储罐）。
储液选用FLUID80流体单元，该单元特别适合计算静水压力和流体-固体相互作用，考虑了由晃动的问题，以及温度效应等对加速度的影响，每个单元需要定义8各节点，每个节点有X、Y、Z三个方向自由度。
分析中不考虑浮顶的作用，基础连接形式为锚固型，有限元模型不考虑罐壁上人孔等几何结构的不连续。罐壁采用Q235-B钢制成，钢材的弹性模量为2.0×105N/mm2,钢材的屈服强度为2.1×102N/mm2，钢材的密度为7850kg/m3。钢材选用双线性弹塑性模型，不考虑钢筋的屈服硬化，应力应变曲线如图1所示。罐内液体的体积弹性模量为2.06×104N/mm2，密度为1000 kg/m3。
图2储罐有限元模型
在罐底位置建立一个圆面，模拟储罐的底板，底板沿周向划分为40份，在储罐中心位置建一条竖线，将组成圆面周边的四条直线沿着竖线拉伸形成罐壁，罐壁在液面高度以下沿轴向划分为20份，超出液面部分沿轴向划分为3份。建立一个圆柱体来模拟罐内液体，圆柱体周向划分网格数为40，轴向划分网格数为20，如图2所示。罐内液体与罐壁只耦合周向位移，罐内液体与底板耦合全部自由度，系统的边界条件为固定罐底的全部自由度。
5结 语
本文介绍了液固耦合的基本概念和储罐的单元类型，并利用大型有限元软件ANSYS建立了储罐液固耦合的有限元模型，为进一步开展储罐的静力和动力性能分析奠定基础。
参考文献
刘荣华. 第四次石油危机不会爆发[J]. 金台银街，2006，( 31): 38~39.
Zienkiewica O C, Bettess P. Fluid-structure dynamic interaction and we force[J]. International Journal for Numerical Methods in
[3] 张朝晖. ANSYS1
第一作者简介：金鹏（1988- ），男，本科，助理工程师，黑龙江省大庆市人，主要从事建筑施工方面的工作。
关键词: 液固耦合 储罐 ANSYS 有限元模型
Abstract：This paper introduces the basic concept of solid-liquid coupling and finite element type of tank, solid-liquid coupling finite element model of tank is established by finite element software ANSYS, and it lay the foundation for further developing the static and dynamic performance analysis of tank structure.
Key Words: solid-liquid couplingtankANSYSfinite element model
1.引言
石油是工业的血液，在国民生产生活中有着举足轻重的作用。作为石油生产加工运输的重要设备储罐的抗震性能的好坏，就决定了石油工业的安全。储罐是由管壁、底板和储液三部分组成，受力性能较复杂，大型有限元软件ANSYS用于分析这种复杂结构的静力、动力、线性、非线性等响应特征时具有强大优势，可以很好地反映这种结构在各种复杂因素作用下的力学特征。
本文利用大型有限元软件ANSYS建立了储罐液固耦合的有限元模型，详细介绍了整个建模过程，为进一步开展储罐的静力和动力性能分析奠定基础。
2.液固耦合的基本概念
流固耦合力学的研究对象是固体在流场作用下的各种行为以及固体变形或运动对流场的影响。其重要特征是在于两相介质之间的相互作用，固体在流体动载荷作用下产生变形或运动，而固体的变形或运动反过来影响流场，从而改变流体载荷的分布和大小。按照耦合机理，流固耦合问题大致可以分为两大类，第一类是两相介质部分或全部重叠在一起，如渗流问题；第二类的特征是耦合作用仅发生在两相交界面上。Zienkiewcz和Bettess曾将第二类问题分为三种情况：一是流体和固体间有相对较大的运动情况，如飞机飞行状态下的气动弹性力学问题；二是有限流体运动的短周期情况，如流体受冲击和水下爆炸问题；三是有限流体位移的长周期情况，如充液容器的流固耦合振动问题（储罐）。
3.类型的选取及介绍
罐体选用SHELL63壳体单元，SHELL63既具有弯曲能力又具有膜力，可以承受平面内荷载和法向荷载[3]。本单元每个节点具有6个自由度：沿节点坐标系X、Y、Z方向的平动和沿节点坐标系X、Y、Z轴的转动。应力刚化和大变形能力已经考虑在其中。在大变形分析（中可以采用不变的切向刚度矩阵。储液选用FLUID80流体单元，该单元特别适合计算静水压力和流体-固体相互作用，考虑了由晃动的问题，以及温度效应等对加速度的影响，每个单元需要定义8各节点，每个节点有X、Y、Z三个方向自由度。
4.有限元模型的建立
储罐的半径为7.25m，高度为12.6m，容积为2000m3，罐壁厚度为6mm，底板厚度为7mm，储液高度为11.49m[4]。
图1 钢材应力应变曲线分析中不考虑浮顶的作用，基础连接形式为锚固型，有限元模型不考虑罐壁上人孔等几何结构的不连续。罐壁采用Q235-B钢制成，钢材的弹性模量为2.0×105N/mm2,钢材的屈服强度为2.1×102N/mm2，钢材的密度为7850kg/m3。钢材选用双线性弹塑性模型，不考虑钢筋的屈服硬化，应力应变曲线如图1所示。罐内液体的体积弹性模量为2.06×104N/mm2，密度为1000 kg/m3。
图2储罐有限元模型
在罐底位置建立一个圆面，模拟储罐的底板，底板沿周向划分为40份，在储罐中心位置建一条竖线，将组成圆面周边的四条直线沿着竖线拉伸形成罐壁，罐壁在液面高度以下沿轴向划分为20份，超出液面部分沿轴向划分为3份。建立一个圆柱体来模拟罐内液体，圆柱体周向划分网格数为40，轴向划分网格数为20，如图2所示。罐内液体与罐壁只耦合周向位移，罐内液体与底板耦合全部自由度，系统的边界条件为固定罐底的全部自由度。
5结 语
本文介绍了液固耦合的基本概念和储罐的单元类型，并利用大型有限元软件ANSYS建立了储罐液固耦合的有限元模型，为进一步开展储罐的静力和动力性能分析奠定基础。
参考文献
刘荣华. 第四次石油危机不会爆发[J]. 金台银街，2006，( 31): 38~39.
Zienkiewica O C, Bettess P. Fluid-structure dynamic interaction and we force[J]. International Journal for Numerical Methods in
源于：毕业总结范文www.udooo.com
Engineering, 1978,13(1):1-16.[3] 张朝晖. ANSYS1
1.0结构分析工程应用实例解析[M]. 机械工业出版社，2007.
[4] 周利剑. 水平地震激励下立式储罐与地基相互作用动力响应分析[D]. 哈尔滨：哈尔滨工程大学，2006.第一作者简介：金鹏（1988- ），男，本科，助理工程师，黑龙江省大庆市人，主要从事建筑施工方面的工作。