空间点云数据在储罐结构有限元建模中的应用

来源：中国安全科学学报杂志2025年第9期北京时间：

作者：都亮, 邢述, 王大朋, 张春义, 石秀山, 闫河

单位：1 中国特种设备检测研究院,北京 100029；2 国家市场监督管理总局技术创新中心(油气管道与储存设备安全),北京 100029

摘要：为提高危化品储罐结构安全评价的准确性,提出一种基于三维激光扫描的有限元模型构建流程,通过点云数据构建有限元仿真模型,精准表征罐体不圆度、局部凹凸变形等实际结构拓扑形态。首先,利用3D激光扫描系统获取现场高精度空间结构数据,提出包含坐标系转换、节点对应和坐标值更新的轻量规则化预处理方法;其次,结合有限元模型单元构造方法,基于坐标更新后的点云节点生成计及初始几何缺陷的数值仿真模型,并开展模型精度分析;最后,以某在役拱顶储罐为例,基于3D激光扫描数据完成储罐变形分析,采用高精度有限元模型构造方法,构建罐壁全尺寸有限元模型,进而开展罐壁强度性能评价。结果表明:点云数据处理方法可实现计及储罐几何变形的有限元单元模型构建,单元节点空间位置精度达0.01 mm,点云数据量可缩减70%;相较于传统考虑初始几何变形的有限元仿真模型,计及储罐几何变形的有限元单元模型的结构安全评价结果更偏保守,储罐评价结论更偏于安全。

关键词：点云数据,储罐结构,有限元,安全评价,圆筒结构

基金资助：国家市场监督管理总局科技计划项目(2023MK207); 十四五国家重点研发计划课题项目(2023YFC3008703); 中国特检院青年科技英才项目(KJYC-2023-05)