摘 要

玻璃钢贮罐是是玻璃钢制品的一种，其主要以玻璃纤维为增强剂，树脂为粘合剂通过微电脑控制机器缠绕制造而成的新型复合材料玻璃钢为材质的容器。玻璃钢贮罐具有抗腐蚀、高强度、质量轻、寿命长等优点，可设计性灵活，工艺性强。

本文根据玻璃钢贮罐相关设计标准，设计一种直径11.5m，容积1000的玻璃钢立式锥形贮罐，对其进行结构与工艺铺层设计；运用ANSYS大型通用有限元软件，对贮罐在不同工况下的组合载荷下贮罐整体结构进行强度、稳定性计算；并计算在低温环境下贮罐内的介质水结冰时由于体积膨胀对贮罐的影响等。希望通过本次研究能够有效优化玻璃钢产品结构，提高产品性能，促进复合材料产品的进步。

关键词：玻璃钢；贮罐；有限元分析

Abstract

FRP tank is a container with glass fiber as the reinforcing agent, resin as adhesive by microcomputer control. FRP tank with corrosion resistance, high strength, light weight, long life and other advantages, now has been widely used in machinery, pharmaceutical, food, petrochemical industry.

The according to the design standard of FRP tank, a diameter of 11.5m design, Volume 1000 glass steel vertical cone tank, the of the structure and process design of layer; the use of large general-purpose finite element software ANSYS, tank in different conditions under combined loads of tank structure strength and stability calculation, and computing in low temperature environment in a holding tank medium water freezes due to the volume expansion of tank. Hope that through this study can effectively optimize the glass fiber reinforced plastic product structure, improve product performance, and promote the progress of composite products.

Keywords：Fiber reinforced plastics; Tank; Finite element analysis

目 录

第1章 绪 论 1

1.1课题研究的背景 1

1.1.1研究背景 1

1.1.2 选题意义 1

1.2 本课题研究内容 1

第2章 复合材料贮罐概述 3

2.1 贮罐分类及相关国家标准 3

2.2 复合材料贮罐的特点 3

2.3 复合材料贮罐的制作工艺方法 3

2.4 复合材料在贮罐的应用形式 4

第3章 锥形玻璃钢立式储罐设计 5

3.1 造型设计 5

3.2 工艺铺层设计 7

3.3 结构设计 7

3.4 本章总结 8

第4章 锥形玻璃钢立式储罐的有限元分析 9

4.1 有限单元法概述 9

4.1.1 有限单元法核心 9

4.1.2 有限单元法特性 9

4.1.3 有限元法分析软件 10

4.2 玻璃钢贮罐在静水压力下的有限元分析 10

4.2.1 建立贮罐的有限元模型 10

4.2.2 贮罐在静水压力下的有限元分析 11

4.2.3 贮罐在风载荷下的有限元分析 12

4.2.4 贮罐在雪载下的有限元分析 14

4.2.5 贮罐在地震载荷下的有限元分析 15

4.2.6 贮罐在组合载荷下的有限元分析 17

4.2.7 本章小结 18

结 论 19

参考文献 20

致 谢 21

第1章 绪 论

1.1课题研究的背景

1.1.1研究背景

当今我国经济的高速发展，经济呈现新常态，国家正在推动经济结构的转变，在这一情况下新能源、新材料、新工艺蓬勃发展。复合材料作为一种新型材料需求不断增大，广泛应用于各行各业，具有非常大的研究开发空间。复合材料能够充分地利用资源，保护生态环境，适应了可持续发展的要求，而且随着传统能源的不断消耗，新型的复合材料迫切需要开发出来取代传统能源。

近几年随着我国复合材料行业的发展，为了适应复合材料发展的需求我国对复合材料的科研能力正在逐步增强；我国经过几十年的改革开发，随着工业化建设的推进，生产效率逐渐提高，玻璃钢/复合材料年产量有了大幅度增长，到目前为止我国玻璃钢产量已经跃居世界第二，仅次于美国。

1.1.2 选题意义

虽然我国的复合材料行业发展迅速，产量名列世界前列，但是我国复合材料行业与国外技术水平差距比较大，缺乏国际竞争力，在机遇和挑战并存的情况下，我国复合材料企业需要迅速拓展国际市场，提高科研创新水平。本次研究也是为了通过玻璃钢立式储罐及有限元分析，初步了解复合材料设计制造的过程，设计一个符合国家安全规范，经济实用的储罐，提高对设计的思维能力和处理技术。

随着玻璃钢行业的发展，玻璃钢制品年产量日趋增大，同时对资源的消耗量越来越大，为了节约成本，又要保证产品的安全与质量，需要加强科研创新，优化结构设计，从而降低成本。在所有的玻璃钢制品中，立式玻璃钢贮罐的结构设计和有限元分析已成为重点研究方向。将有限元分析应用于立式玻璃钢贮罐的设计中，在产品设计阶段可以提高结构设计的可靠性，有效的缩短产品设计周期和试验费用，为设计者提供便利。

在有限元分析过程中，通过对有限元软件的操作，深化对有限单元法思想的认识，并且熟练掌握有限元分析软件，并在使用中感受有限元分析的优劣性，对以后的有限元分析软件提出自己的想法。

1.2 本课题研究内容

本次研究的主要内容是对锥形玻璃钢立式储罐进行结构设计及有限元分析。主要进行以下工作

（1）参照国家行业标准，设计直径11.5m，容积1000的玻璃钢立式锥形贮罐，对其进行结构与工艺铺层设计等；

（2）根据实际工况（以武汉市为参考地点）对储罐进行有限元分析，利用ANSYS建立立式贮罐模型，根据结构自重、 工作压力（主要是静水压力）以及地震、风载、雪载等不同荷载组合作用施加载荷和边界约束条件，进行贮罐整体结构的强度、稳定性计算；

（3）根据有限元计算结果对贮罐的结构进行反复的优化来得出最佳的设计方案。

第2章 复合材料贮罐概述

2.1 贮罐分类及相关国家标准

贮罐是常见的用于贮存和运输物料的容器，采用复合材料制造贮罐是复合材料制品中应用最广泛的一种产品结构形式。