Reliability analysis and design criteria for static strength of spherical tanks

LIU Cen; YANG Fan; WU Senlin; LIN Hui; HONG Kai; LIU Xiaoning

doi:10.16579/j.issn.1001.9669.2026.03.004

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Reliability analysis and design criteria for static strength of spherical tanks

·Optimization·Reliability· | 更新时间：2026-03-16

- Reliability analysis and design criteria for static strength of spherical tanks
- Journal of Mechanical Strength Vol. 48, Issue 3, Pages: 29-36(2026)
- 作者机构：
  
  1.湖北轻工职业技术学院机电工程学院，武汉 430070
  2.武汉软件工程职业学院机械工程学院，武汉 430205
- 作者简介：
  
  YANG Fan, E-mail: 15172540623@qq.com
- 基金信息：
  
  Scientific Research Project of Hubei Provincial Department of Education(B2022557);Wuhan Knowledge Innovation Special Dawn Plan Project(2022010801020439)
- DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2026.03.004
  CLC： TH49;TQ051.3
- Received：26 June 2024，
  
  Revised：2024-07-30，
  
  Published：15 March 2026
- 稿件说明：
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刘岑，杨帆，吴森林，等. 球罐静强度可靠性设计分析［J］. 机械强度，2026，48（3）：29-36.

LIU Cen，YANG Fan，WU Senlin，et al. Reliability analysis and design criteria for static strength of spherical tanks［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（3）：29-36.
刘岑，杨帆，吴森林，等. 球罐静强度可靠性设计分析［J］. 机械强度，2026，48（3）：29-36. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.03.004.

LIU Cen，YANG Fan，WU Senlin，et al. Reliability analysis and design criteria for static strength of spherical tanks［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（3）：29-36. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.03.004.

摘要

目的

针对钢制球罐在静强度与载荷分布参数呈现区间值特征时的设计难题，建立了一套基于概率与非概率理论相结合的球罐静强度可靠性设计准则。

方法

首先，引入集合理论，建立了强度分布参数为区间值时的可靠性指标模型；其次，系统分析了极高要求及一般要求下的液压试验、气压试验、气-液组合试验及正常运行等不同工况；最后，依据中径公式推导了屈服强度与爆破强度的可靠性指标、应力限制系数及安全系数。

结果

确定了在各试验与运行工况下满足可靠性要求的屈服及爆破强度系数取值范围，并给出了相应的工况系数。研究成果为球罐静强度设计提供了定量的可靠性参考方案，提高了设计的安全性与合理性。

Abstract

Objective

To address the reliability design challenges of steel spherical tanks when static strength and load distribution parameters are interval values

a set of reliability design criteria for spherical tanks based on the combination of probabilistic and non-probabilistic theories was established.

Methods

Firstly

by introducing set theory

a reliability index model was established when the strength distribution parameters were interval values. Then

various conditions

including hydraulic

gas pressure

and gas-liquid combination tests under both extreme and general requirements

as well as normal operation

were systematically analyzed. Finally

the reliable indicators

stress limiting coefficients and safety factors for yield and burst strength were derived based on the median diameter formula.

Results

The range of values for yield and burst strength coefficients that meet reliability requirements under various test and operational conditions are determined

and corresponding condition factors are given. The research results offer a quantitative reliability reference scheme for the static strength design of spherical tanks

enhancing the safety and rationality of the design.

关键词

Keywords

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