Частоти коливань зміцненої стінки сталевого вертикального циліндричного резервуару для нафти-нафтопродуктів у залежності від попереднього напруження обмотки

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.279098

Ключові слова:

вертикальний сталевий резервуар, попереднє напруження, сейсмічні навантаження, частота коливань

Анотація

Проведено дослідження частот та форм коливань вертикального сталевого резервуару при змінній товщині стінки в програмному комплексі ANSYS з використанням скінчено-елементної моделі коливань резервуару об'ємом 3000м3 для нафти-нафтопродуктів, зміцненого попередньо-напруженою обмоткою. Моделювання проводилося для двох варіантів закріплення верхнього краю стінки резервуара, які відповідають випадкам відсутності чи наявності покриття резервуара. Досліджувалися розрахункові випадки для коефіцієнтів сили натягу дроту щодо його межі міцності: при k1=0,2; при k2=0,4; при k3=0,6; при k4=0,8. Варіативні дослідження проводилися з урахуванням додаткових навантажень, викликаних дією гідростатичного тиску від максимально і наполовину налитої нафти в резервуар, і без нафти. Величина змін частот коливань стінки резервуара без впливу покриття варіюється в межах 12–27 %, а з урахуванням впливу покриття резервуару 21–62 %, залежно від ступеня наповнення резервуара. Виявлена закономірність у тому, що зменшення сили натягу нитки в обмотці призводить до підвищення частоти коливань. Таким чином, для регулювання частоти коливань стінки резервуара можна застосувати попередню напругу, зниженням якої в обмотці можна підвищити частоти власних коливань стінки, а знизити частоти через збільшення попередньої напруги. Отримані результати досліджень у перспективі можна використовувати як антисейсмічні заходи при проектуванні та будівництві сталевих вертикальних циліндричних резервуарів, а також для підвищення характеристик міцності існуючих циліндричних конструкцій

Біографії авторів

Timur Tursunkululy, Mukhtar Auezov South Kazakhstan University

Doctoral Student

Department Construction and Construction Materials

Nurlan Zhangabay, Mukhtar Auezov South Kazakhstan University

PhD, Associate Professor

Department of Construction and Construction Materials

Konstantin Avramov, A. Pidhornyi Institute of Mechanical Engineering Problems of the National Academy of Sciences of Ukraine

Doctor of Technical Sciences, Professor

Department of Reliability and Dynamic Strength

Maryna Chernobryvko, A. Pidhornyi Institute of Mechanical Engineering Problems of the National Academy of Sciences of Ukraine

Doctor of Technical Sciences

Department of Reliability and Dynamic Strength

Medetbek Kambarov, Mukhtar Auezov South Kazakhstan University

PhD, Associate Professor

Department of Construction and Construction Materials

Arman Abildabekov, Peoples’ Friendship University named after Academician A. Kuatbekov

PhD, Senior Lecturer

Department of Production Construction and Oil

Kanat Narikov, University of Innovation and Technology of Western Kazakhstan

PhD, Head of Department

Department of Architecture and Construction

Otabek Azatkulov, Mukhtar Auezov South Kazakhstan University

Student

Department of Construction and Construction Materials

Посилання

  1. Lai, E., Zhao, J., Li, X., Hu, K., Chen, G. (2021). Dynamic responses and damage of storage tanks under the coupling effect of blast wave and fragment impact. Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 73, 104617. doi: https://doi.org/10.1016/j.jlp.2021.104617
  2. Zhang, M., Zheng, F., Chen, F., Pan, W., Mo, S. (2019). Propagation probability of domino effect based on analysis of accident chain in storage tank area. Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 62, 103962. doi: https://doi.org/10.1016/j.jlp.2019.103962
  3. Krentowski, J., Ziminski, K. (2019). Consequences of an incorrect assessment of a structure damaged by explosion. Engineering Failure Analysis, 101, 135–144. doi: https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2019.03.009
  4. Jaramillo, F., Almazán, J. L., Colombo, J. I. (2022). Effects of the anchor bolts and soil flexibility on the seismic response of cylindrical steel liquid storage tanks. Engineering Structures, 263, 114353. doi: https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2022.114353
  5. Dijkstra, G. J., Francis, B., van der Heden, H., Gresnigt, A. M. (2011). Industrial Steel pipe systems under seismic loading: A comparison of European and American design codes. 3rd International Conferences on Computational Methods in structural Dynamics and Earthquake Engineering. Available at: https://research.tudelft.nl/en/publications/industrial-steel-pipe-systems-under-seismic-loading-a-comparison-
  6. Suleimenov, U., Zhangabay, N., Utelbayeva, A., Azmi Murad, M. A., Dosmakanbetova, A., Abshenov, K. et al. (2022). Estimation of the strength of vertical cylindrical liquid storage tanks with dents in the wall. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (7 (115)), 6–20. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.252599
  7. Zhangabay, N., Sapargaliyeva, B., Suleimenov, U., Abshenov, K., Utelbayeva, A., Kolesnikov, A. et al. (2022). Analysis of Stress-Strain State for a Cylindrical Tank Wall Defected Zone. Materials, 15 (16), 5732. doi: https://doi.org/10.3390/ma15165732
  8. Suleimenov, U., Zhangabay, N., Abshenov, K., Utelbayeva, A., Imanaliyev, K., Mussayeva, S. et al. (2022). Estimating the stressed-strained state of the vertical mounting joint of the cylindrical tank wall taking into consideration imperfections. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (7 (117)), 14–21. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.258118
  9. Zhangabay, N., Suleimenov, U., Utelbayeva, A., Kolesnikov, A., Baibolov, K., Imanaliyev, K. et al. (2022). Analysis of a Stress-Strain State of a Cylindrical Tank Wall Vertical Field Joint Zone. Buildings, 12 (9), 1445. doi: https://doi.org/10.3390/buildings12091445
  10. Zhangabay, N., Sapargaliyeva, B., Utelbayeva, A., Kolesnikov, A., Aldiyarov, Z., Dossybekov, S. et al. (2022). Experimental Analysis of the Stress State of a Prestressed Cylindrical Shell with Various Structural Parameters. Materials, 15 (14), 4996. doi: https://doi.org/10.3390/ma15144996
  11. Suleimenov, U., Zhangabay, N., Utelbayeva, A., Ibrahim, M. N. M., Moldagaliyev, A., Abshenov, K. et al. (2021). Determining the features of oscillations in prestressed pipelines. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (7 (114)), 85–92. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.246751
  12. Bonopera, M., Chang, K.-C., Tullini, N. (2023). Vibration of prestressed beams: Experimental and finite-element analysis of post–tensioned thin-walled box-girders. Journal of Constructional Steel Research, 205, 107854. doi: https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2023.107854
  13. Gkantou, M., Theofanous, M., Baniotopoulos, C. (2019). A numerical study of prestressed high strength steel tubular members. Frontiers of Structural and Civil Engineering, 14 (1), 10–22. doi: https://doi.org/10.1007/s11709-019-0547-1
  14. Tursunkululy, T., Zhangabay, N., Avramov, K., Chernobryvko, M., Suleimenov, U., Utelbayeva, A. et al. (2022). Strength analysis of prestressed vertical cylindrical steel oil tanks under operational and dynamic loads. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (7 (116)), 14–21. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.254218
  15. Tursunkululy, T., Zhangabay, N., Avramov, K., Chernobryvko, M., Suleimenov, U., Utelbayeva, A. (2022). Influence of the parameters of the pre-stressed winding on the oscillations of vertical cylindrical steel oil tanks. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (7 (119)), 6–13. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.265107
  16. Tursunkululy, T., Zhangabay, N., Suleimenov, U., Abshenov, K., Utelbayeva, A., Moldagaliyev, A. et al. (2023). Analysis of strength and eigenfrequencies of a steel vertical cylindrical tank without liquid, reinforced by a plain composite thread. Case Studies in Construction Materials, 18, e02019. doi: https://doi.org/10.1016/j.cscm.2023.e02019
  17. Kendzera, A., Semenova, Yu. (2019). Calculated accelerograms for the direct dynamic method of determining seismic loads. 18th International Conference on Geoinformatics - Theoretical and Applied Aspects. doi: https://doi.org/10.3997/2214-4609.201902111
  18. Hud, M. (2022). Simulation of the stress-strain state of a cylindrical tank under the action of forced oscillations. Procedia Structural Integrity, 36, 79–86. doi: https://doi.org/10.1016/j.prostr.2022.01.006
  19. Sierikova, O., Strelnikova, E., Degtyariov, K. (2022). Srength Characteristics of Liquid Storage Tanks with Nanocomposites as Reservoir Materials. 2022 IEEE 3rd KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek). doi: https://doi.org/10.1109/khpiweek57572.2022.9916369
  20. Al-Yacouby, A. M., Hao, L. J., Liew, M. S., Ratnayake, R. M. C., Samarakoon, S. M. K. (2021). Thin-Walled Cylindrical Shell Storage Tank under Blast Impacts: Finite Element Analysis. Materials, 14 (22), 7100. doi: https://doi.org/10.3390/ma14227100
  21. Ye, Z., Birk, A. M. (1994). Fluid Pressures in Partially Liquid-Filled Horizontal Cylindrical Vessels Undergoing Impact Acceleration. Journal of Pressure Vessel Technology, 116 (4), 449–458. doi: https://doi.org/10.1115/1.2929615
  22. Yasniy, P. V., Mykhailyshyn, M. S., Pyndus, Yu. I., Hud, M. I. (2020). Numerical Analysis of Natural Vibrations of Cylindrical Shells Made of Aluminum Alloy. Materials Science, 55 (4), 502–508. doi: https://doi.org/10.1007/s11003-020-00331-2
  23. Fan, Y., Hunt, J., Wang, Q., Yin, S., Li, Y. (2019). Water tank modelling of variations in inversion breakup over a circular city. Building and Environment, 164, 106342. doi: https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2019.106342
  24. Martynenko, G., Avramov, K., Martynenko, V., Chernobryvko, M., Tonkonozhenko, A., Kozharin, V. (2021). Numerical simulation of warhead transportation. Defence Technology, 17 (2), 478–494. doi: https://doi.org/10.1016/j.dt.2020.03.005
  25. Wang, Z., Hu, K., Zhao, Y. (2022). Doom-roof steel tanks under external explosion: Dynamic responses and anti-explosion measures. Journal of Constructional Steel Research, 190, 107118. doi: https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2021.107118
  26. Rastgar, M., Showkati, H. (2018). Buckling behavior of cylindrical steel tanks with concavity of vertical weld line imperfection. Journal of Constructional Steel Research, 145, 289–299. doi: https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2018.02.028
  27. Thongchom, C., Jearsiripongkul, T., Refahati, N., Roudgar Saffari, P., Roodgar Saffari, P., Sirimontree, S., Keawsawasvong, S. (2022). Sound Transmission Loss of a Honeycomb Sandwich Cylindrical Shell with Functionally Graded Porous Layers. Buildings, 12 (2), 151. doi: https://doi.org/10.3390/buildings12020151
  28. Avramov, K. V., Chernobryvko, M., Uspensky, B., Seitkazenova, K. K., Myrzaliyev, D. (2019). Self-sustained vibrations of functionally graded carbon nanotubes-reinforced composite cylindrical shells in supersonic flow. Nonlinear Dynamics, 98 (3), 1853–1876. doi: https://doi.org/10.1007/s11071-019-05292-z
  29. Kou, S., Zhang, X., Li, W., Song, C. (2022). Dynamic Response Parameter Analysis of Steel Frame Joints under Blast Loading. Buildings, 12 (4), 433. doi: https://doi.org/10.3390/buildings12040433
  30. Wang, J., Kusunoki, K. (2022). Study on the Flexural Strength of Interior Thick Wall-Thick Slab Joints Subjected to Lateral Force Using Finite-Element Analysis. Buildings, 12 (5), 535. doi: https://doi.org/10.3390/buildings12050535
  31. Idesman, A., Bhuiyan, A., Foley, J. R. (2017). Accurate finite element simulation of stresses for stationary dynamic cracks under impact loading. Finite Elements in Analysis and Design, 126, 26–38. doi: https://doi.org/10.1016/j.finel.2016.12.004
  32. Altenbach, H., Breslavsky, D., Chernobryvko, M., Senko, A., Tatarinova, O. (2022). Fast Fracture of Conic Shell Under the Action of Belt Explosive Charge. Advances in Mechanical and Power Engineering, 366–376. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-031-18487-1_37
  33. Bishop, P. (1986). Kolebaniya. Moscow: Nauka, 192. Available at: https://obuchalka.org/20190329108081/kolebaniya-bishop-r-1986.html
  34. EN 1998-4:2006 (E) design of structures for earthquake resistance - Part 4: silos, tanks and pipelines. Available at: https://online.zakon.kz/Document/?doc_id=37105813&doc_id2=37807474#activate_doc=2&pos=1;-0.0999908447265625&pos2=3;-100.09999084472656
  35. VBN V.2.2-58.2-94. Rezervuary vertikal'nye stal'nye dlya khraneniya nefti i nefteproduktov s davleniem nasyschennykh parov ne vyshe 93,3 kPa. Available at: http://online.budstandart.com/ru/catalog/doc-page?id_doc=4889
  36. SN RK 3.05-24-2004. Instruction for cylindrical vertical steel oil and oil products tanks design, production and erection. Available at: https://online.zakon.kz/Document/?doc_id=30056879
  37. PB 03-605-03. Pravila ustroystva vertikal'nykh tsilindricheskikh stal'nykh rezervuarov dlya nefti i nefteproduktov (2008). Moscow, 173. Available at: https://ohranatruda.ru/upload/iblock/0cc/4294816744.pdf
  38. АРI Standard 650 Welded Steel tanks for oil storage. American Petroleum Institute. Available at: https://vzrk.ru/public/images/api.650.2007.pdf
  39. Pat. No. 35915 RK. Method for increasing the seismic stability of vertical steel cylindrical reservoirs using a pre-tensioned winding (2022).
  40. Pat. No. 6208 RK. Cylindrical shell for storage and transportation of liquid and hydrocarbon raw materials (2021).
Частоти коливань зміцненої стінки сталевого вертикального циліндричного резервуару для нафти-нафтопродуктів у залежності від попереднього напруження обмотки

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-06-30

Як цитувати

Tursunkululy, T., Zhangabay, N., Avramov, K., Chernobryvko, M., Kambarov, M., Abildabekov, A., Narikov, K., & Azatkulov, O. (2023). Частоти коливань зміцненої стінки сталевого вертикального циліндричного резервуару для нафти-нафтопродуктів у залежності від попереднього напруження обмотки. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(7 (123), 14–25. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.279098

Номер

Том 3 № 7 (123) (2023): Прикладна механіка

Розділ

Прикладна механіка

Ліцензія

Авторське право (c) 2023 Timur Tursunkululy, Nurlan Zhangabay, Konstantin Avramov, Maryna Chernobryvko, Medetbek Kambarov, Arman Abildabekov, Kanat Narikov, Otabek Azatkulov

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.