Optimización de la cubierta esférica autoportante de un tanque industrial de grandes dimensiones mediante análisis de pandeo elástico lineal

Abstract

Se propone un trabajo de dos etapas, en donde primero se busca optimizar el diseño de la cubierta con un análisis que considere la linealidad física y geométrica del tanque. El desempeño de la estructura se evalúa en base a los valores de las cargas críticas de pandeo lineal y los perfiles metálicos son verificados por la norma AISC 7-22. Luego una segunda etapa, en donde con el diseño final obtenido (del paso anterior) se analice la influencia de los fenómenos de segundo orden dados por la no linealidad geométrica. El presente trabajo se enfoca en el primero de los dos pasos planteados, en donde se realiza un modelo numérico parametrizado de toda la estructura utilizando elementos de cáscara tipo MITC lagrangeanos cuadráticos en el software COMSOL Multiphysics. Los parámetros a optimizar son el espesor de la chapa de cubierta, la rigidez del anillo de borde de la cubierta y el radio del casquete esférico. Con el modelo se analiza la respuesta estática con análisis de primer orden para combinaciones de carga permanente, presión interna conforme norma API y acción del viento. La función objetivo a minimizar es el peso total de la cubierta, con las restricciones de las normas mencionadas y con factores de carga crítica de pandeo mayores que 1.5. Se busca seleccionar finalmente un modelo ‘óptimo’ y obtener conclusiones de interés para el diseño de este tipo de cubiertas.