段若+钱才富

摘要：为更加高效合理地设计质量更小的低温储罐，应用ANSYS Workbench中的Design Modeler模块建立某低温储罐外容器的有限元参数化模型，并对该设备进行特征值屈曲分析，得到其临界外压载荷。考察相关结构参数的影响，在此基础上利用多目标驱动优化分析得出在满足临界屈曲压力要求下的最优加强结构，实现设备的轻量化设计。

关键词：低温储罐；多目标优化；特征值屈曲分析；轻量化设计；有限元

中图分类号：TH49 文献标志码：B

0引言

低温液化气体储罐是一种带压储运低温液化气体的特殊压力容器，因其具有操作压力低、储运效率高的特点，正逐渐取代传统高压气瓶，为化工、生物、医疗等行业提供气体。由于低温储罐所储运的低温液化气体沸点很低（如液氮为-196℃，液氧为-182.96℃），为更好地提高低温储罐的保温性能，常采用双层的夹套结构，并对夹套抽真空以减小热量损失。由于低温储罐的夹套为真空环境，外筒体需承受大气压力载荷，所以必须对外筒体进行外压稳定性分析（也称屈曲分析），以免设备发生屈曲破坏。

屈曲是指特定结构受外载荷作用时，如果外载荷超过临界屈曲载荷，那么设备会因为刚度不足失去原有的结构形状。这种形状改变一般幅度较大且不能恢复。结构发生屈曲失效后，往往失去承载的能力，无法有效承受外载荷，所以屈曲失效必须引起足够的重视。

对于承受外压载荷压力容器的屈曲分析，虽然GB 150—2011《压力容器》中提供一种压力容器外压屈曲的计算方法，但是这种算法局限性比较大：一方面，这种方法只能用来计算特定形式的筒体和加强结构，难以适用非常规压力容器结构；……