Steel cylindrical tanks are widely used for the storage of hazardous substances of which leakage must be prevented under any circumstances. However, the dynamic response of the steel cylindrical liquid storage tank depends sensitively on the fluid-structure interaction and the vibration of the tank structure and necessitates clarification for the safety of the tank structure. This paper presents the results of shaking table tests performed to examine the dynamic behavior of a scaled cylindrical steel tank model considering the presence or not of fixed roof and added mass at the top of the tank for various fluid levels. The test results confirm the occurrence of both beam-type and oval-type vibration modes and show that the larger content of liquid inside the container amplified the acceleration along the height of the cylindrical tank. The oval-type vibration modes are seen to be more dominant in case of large water-to-structure mass ratio.
The theoretical method is developed to investigate the vibration characteristics of the sloshing and bulging mode for the circular cylindrical storage tank with an annular plate on free surface. The cylindrical tank is filled with an inviscid and incompressible liquid. The liquid domain is limited by a rigid cylindrical surface and a rigid flat bottom. As the effect of free surface waves Is taken into account in the analysis, the bulging and sloshing modes are studied. The solution for the velocity potential of liquid movement is assumed as a suitable harmonic function that satisfies Laplace equation and the relevant boundary conditions. The Rayleigh-Ritz method is used to derive the frequency equation of the cylindrical tank. The effect of Inner-to-outer radius ratio and thickness of annular plate and liquid volume on vibration characteristics of storage tank is studied. The finite element analysis is performed to demonstrate the validity of present theoretical method.
Fuel-storage tank is a representative example of liquid-structure interaction systems. In order to prevent the undesired structural failure by a variety of external loads, the reliable analysis of the dynamic response of such structural system is of a great importance. In this paper, we address the analytical study on free vibration of axisymmetric cylindrical fuel-storage tanks together with the parametric investigation of eigen-characteristics with respect to the relative fuel fill-height and the relative tank height. Numerical results illustrating theoretical results are also included.
Hydrodynamic behavior and response of vertical-cylindrical liquid-storage tank is considered. The equation of the liquid motion is shown by Laplace's differential equation with the fluid velocity potential. The solution of the Laplace's differential equation of the liquid motion is expressed with the modified Bessel functions. Only rigid tank is studied. The effective masses and heights for the tank contents are presented for engineering design model.
The coupled vibration characteristics for the fluid-structure interaction systems are investigated through the finite element method. The present paper is focused on vibration characteristics of the cylindrical fluid-storage tank with a baffle. The tank is partially filled with an inviscid and irrotational fluid having a free surface. A baffle is assumed here to have the shape of a thin annular plate and a conical shell, attached to the cylindrical tank and positioned below the fluid surface. The liquid domain is limited by a rigid flat bottom. As the effect of free surface waves is taken into account in the analysis, the bulging and sloshing modes are studied. To demonstrate the validity of present results, they are compared with the published ones. The effect of positions and inner-to-outer radius ratio of annular baffle and setting angles of conical baffle on coupled vibration characteristics is investigated.
건물과 교량의 내진설계기준 제정작업이 활발하게 진행되고 있는 반면 탱크구조물에 대한 내진설계기준 제정작업은 아직 초기단계에 머무르고 있는 실정이다 탱크구조물이 지진에 의해 붕괴되는 경우 탱크자체의 파손 및 저장물의 손실에 의한 직접피해보다 저장물의 유출에 의한 피해파급이 더욱 심각한 상황을 초래할 수 있다 따라서 탱크구조물의 내진설계기준에는 탱크구조물의 동적 거동에 대한 해석 및 검토방법은 물론 이러한 피해파급을 최소할 수 잇는 조치가 포함되어야 한다 이논문에서는 원통형 액체저장 강탱크에 대한 내진설계기준의 제정에 필수적으로 고려해야 하는 설계개념과 원칙 해석방법 검토사항 및 피해파급 차단초치를 제시하였다.
Hydrodynamic behavior and response of vertical-cylindrical liquid-storage tank is considered. The equation of the liquid motion is shown by Laplace's differential equation with the fluid velocity potential. The solution of the Laplace's differential equation of the liquid motion is expressed with the modified Bessel functions. Only rigid tank is studied. The equivalent masses and heights for the tank contents are presented for engineering design model.
A typical viable technique to decrease the seismic response of liquid storage tanks is to isolate them at the base. Base-isolation systems are an efficient and feasible solution to reduce the vulnerability of structures in high seismic risk zones. Nevertheless, when liquid storage tanks are under long-period shaking, the base-isolation systems could have different impacts. These kinds of earthquakes can damage the tanks readily. Hence, the seismic behaviour and vibration of cylindrical liquid storage tanks, subjected to earthquakes, is of paramount importance, and it is investigated in this paper. The Finite Element Method is used to evaluate seismic response in addition to the reduction of excessive liquid sloshing in the tank when subjected to the long-period ground motion. The non-linear stress-strain behaviour pertaining to polymers and rubbers is implemented while non-linear contact elements are employed to describe the 3-D surface-to-surface contact. Therefore, Nonlinear Procedures are used to investigate the fluid-structure interactions (FSI) between liquid and the tank wall while there is incompressible liquid. Part I, examines the effect of the flexibility of the isolation system and the tank aspect ratio (height to radius) on the tank wall radial displacements of the tank wall and the liquid sloshing heights. Maximum stress and base shear force for various aspect ratios and different base-isolators, which are subjected to three seismic conditions, will be discussed in Part II. It is shown that the composite-base isolator is much more effective than other isolators due to its high flexibility and strength combined. Moreover, the base isolators may decrease the maximum level pertaining to radial displacement.
한국지진공학회 1999년도 춘계 학술발표회 논문집 Proceedings of EESK Conference-Spring
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pp.275-283
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1999
To predict the dynamic behavior of the cylindrical liquid storage tank subjected to seismic ground motion three dimesional analysis with liquid-structure interaction must be performed, In this study a three dimensional dynamic analysis method over the frequency domain using FE-BE coupling technique which combines the efficiency of the boundary elements for liquid with the versatility of the finite shell elements for tank. The liquid region is modeled using boundary elements which can counter the sloshing effect at free surface and the structure region the tank itself is modeled using the degenerated finite shell elements. At the beginning of the procedure the equivalent mass matrix of the liquid is generated by boundary elements procedure. Then this equivalent mass matrix is combined with the mass matrix of the structure to produce the global mass matrix in the equation of the motion of fluid-structure interaction problem In order to demonstrate the accuracy and validity of the developed method the numerical results re compared with the previous studies. Finally the effects of the fluid-structure interaction on the natural frequency and dynamic response of the system are analyzed.
Nuclear safety-related underground liquid storage tanks, such as those used to store fuel for emergency diesel generators, are critical components for safety of hundreds of existing nuclear power plants (NPP) worldwide. Since most of those NPP will continue to operate for decades, a beyond design base (BDB) seismic screening of safety-related underground tanks in those NPP is beneficial and essential to public safety. The analytical methodology for buried tank subjected to seismic effect, including a BDB seismic evaluation, needs to consider both soil-structure and fluid-structure interaction effects. Comprehensive analysis of such a soil-structure-fluid system is costly and time consuming, often subjected to availability of state-of-art finite element tools. Simple, but practically and reasonably accurate techniques for seismic evaluation of underground liquid storage tanks have not been established. In this study, a mechanics based solution is proposed for the evaluation of a cylindrical underground liquid storage tank using hand calculation methods. For validation, a practical example of two underground diesel fuel tanks in an existing nuclear power plant is presented and application of the proposed method is confirmed by using published results of the computer-aided System for Analysis of Soil Structural Interaction (SASSI). The proposed approach provides an easy to use tool for BDB seismic assessment prior to making decision of applying more costly technique by owner of the nuclear facility.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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