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        基于ANSYS的eSYNCsupportGrid設(shè)備抗震強(qiáng)度分析

        2016-12-27 11:03:25賈守亞魏定池

        賈守亞 魏定池

        摘 要:通過(guò)ANSYS Workbench16.0軟件對(duì)對(duì)eSYNC support Grid設(shè)備進(jìn)行設(shè)備建模,確定設(shè)備的固有頻率。文章對(duì)設(shè)備進(jìn)行靜力強(qiáng)度分析,確定設(shè)備最大等效應(yīng)力。根據(jù)設(shè)備的固有頻率的計(jì)算結(jié)果,確定x、y、z三個(gè)方向的地震加速度,通過(guò)計(jì)算確定設(shè)備各部位的受力情,對(duì)support Grid設(shè)備進(jìn)行抗震性能校核。

        關(guān)鍵詞:ANSYS;抗震分析;eSYNC support Grid

        中圖分類號(hào):TU323.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1006-8937(2016)33-0214-03

        1 概 述

        近年來(lái),隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,冶金、石化、航天和化工等工業(yè)領(lǐng)域配套使用的大型設(shè)備得到迅速而廣泛的應(yīng)用。與大型設(shè)備配套的支撐格柵也區(qū)域大型化。支撐格柵設(shè)備在工程應(yīng)用中必須有足夠的強(qiáng)度,否則不能保證安全運(yùn)行。

        在實(shí)際工況中,支撐格柵經(jīng)常會(huì)遇到地震載荷,為避免支撐格柵因地震載荷收到破壞,必須對(duì)其在地震作用下的強(qiáng)度進(jìn)行校核。

        通過(guò)運(yùn)用有限元分析軟件ANSYS Workbench16.0對(duì)支撐柵格進(jìn)行設(shè)備建模,模擬設(shè)備在地震作用下的受力情況,能直觀的反應(yīng)設(shè)備能否在地震載荷下設(shè)備結(jié)構(gòu)能否保持完整性[1-3]。

        2 有限元分析的模型與方法

        2.1 模型簡(jiǎn)化說(shuō)明

        實(shí)際eSYNC support Grid設(shè)備三維模型含有較多的螺釘連接部位,為順利進(jìn)行有限元建模,需對(duì)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化,本次分析按照如下原則進(jìn)行簡(jiǎn)化:

        ①將eSYNC設(shè)備模塊簡(jiǎn)化為質(zhì)點(diǎn),質(zhì)點(diǎn)位于實(shí)際模塊的質(zhì)心位置,并與eSYNC模塊與主體模塊連接的位置關(guān)聯(lián)起來(lái),單個(gè)eSYNC質(zhì)量為2 113.5 kg;

        ②在eSYNC support Grid設(shè)備里面的Starline bus簡(jiǎn)化為質(zhì)點(diǎn),單個(gè)Starline bus質(zhì)量為21.8 kg,位置安放原則同上。

        ③調(diào)整79”控制面板(單組質(zhì)量為9 kg)和70”控制面板(單組質(zhì)量為7 kg)實(shí)體模型的輸入密度,使其與實(shí)際質(zhì)量吻合,并對(duì)塑料面板進(jìn)行了抽取中面按照殼單元模擬。

        ④簡(jiǎn)化完成后,整個(gè)分析模型的質(zhì)量為395.7 kg。

        2.2 網(wǎng)格劃分

        本次分析對(duì)結(jié)構(gòu)主體主要使用混合網(wǎng)格(包括四面體單元、六面體單元、四邊形單元)(線性單元的縮減積分模式)進(jìn)行網(wǎng)格劃分,單體網(wǎng)格尺寸設(shè)置為30 mm,對(duì)79”控制面板和70” 控制面板的網(wǎng)格尺寸設(shè)置為50 mm。共生成444284個(gè)單元,約20萬(wàn)個(gè)節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)格劃分結(jié)果,如圖1所示,ANSYS譜分析輸入的頻率與加速度曲線,如圖2所示。

        2.3 載荷及約束

        ①約束吊起設(shè)備的4根鋼筋頂部;

        ②靜力分析,載荷只考慮重力加速度g=9.8 m/s2;

        ③預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析調(diào)用靜力分析的結(jié)果進(jìn)行分析,不需要額外添加約束;

        ④反應(yīng)譜分析中加速度施加方向按照模型整體坐標(biāo)系下

        的三個(gè)方向進(jìn)行,地震譜數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1[4]。

        ⑤實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備材料為普通碳鋼,彈性模量為Pa,泊松比0.3,密度7 850 kg/m3,屈服強(qiáng)度220 MPa。

        3 計(jì)算結(jié)果

        對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象先進(jìn)行靜力分析,然后進(jìn)行預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析,最后根據(jù)模態(tài)分析結(jié)果分別按照X/Y/Z三個(gè)坐標(biāo)系加速度譜方向進(jìn)行響應(yīng)譜分析,譜值輸入按照?qǐng)D4輸入,放大系數(shù)為1.5

        3.1 靜力分析

        設(shè)備的等效應(yīng)力云圖,如圖3所示。

        從圖中可以看出,最大等效應(yīng)力為9.19 MPa,設(shè)備的最大等效應(yīng)力遠(yuǎn)小于結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)材料的屈服強(qiáng)度。

        3.2 模態(tài)分析

        前30階模態(tài)振型頻率,見(jiàn)表2。

        本次模態(tài)分析一共提取了前30階模態(tài)頻率,以保證后續(xù)反應(yīng)譜分析中能覆蓋所有的激勵(lì)頻率范圍。

        3.3 加速度激勵(lì)沿X軸方向

        加速度激勵(lì)沿X軸方向時(shí)設(shè)備的等效應(yīng)力云圖,如圖4所示。從圖4可以看出,當(dāng)加速度激勵(lì)沿X軸方向時(shí),最大等效應(yīng)力為1 686 MPa。此時(shí)懸掛的四根鋼筋的等效應(yīng)力值大面積超過(guò)了對(duì)應(yīng)材料(普通碳鋼)的屈服強(qiáng)度220 MPa,由于鋼筋屈服區(qū)域較大,實(shí)際地震發(fā)生時(shí),可能會(huì)引起鋼筋的斷裂。

        3.4 加速度激勵(lì)沿Y軸方向

        加速度激勵(lì)沿Y軸方向時(shí)設(shè)備的等效應(yīng)力云圖,如圖5所示。從圖5可以看出,當(dāng)加速度激勵(lì)沿Y軸方向時(shí),最大等效應(yīng)力為6.64 MPa。設(shè)備各部位的等效應(yīng)力值均小于對(duì)應(yīng)材料的屈服強(qiáng)度值,均滿足材料的使用要求

        3.5 加速度激勵(lì)沿Z軸方向

        加速度激勵(lì)沿Z軸方向時(shí)設(shè)備的等效應(yīng)力云圖,如圖6所示。

        從圖6可以看出,當(dāng)加速度激勵(lì)沿Z軸方向時(shí),最大等效應(yīng)

        力為1 295.5 MPa。鋼筋屈服區(qū)域較大,實(shí)際地震發(fā)生時(shí),可能會(huì)引起鋼筋的斷裂。

        4 結(jié) 語(yǔ)

        ①靜力強(qiáng)度分析顯示,設(shè)備設(shè)備的最大等效應(yīng)力為

        9.19 MPa,遠(yuǎn)小于結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)材料的屈服強(qiáng)度;

        ②當(dāng)激勵(lì)方向?yàn)閄軸時(shí),懸掛的四根鋼筋的等效應(yīng)力值大面積超過(guò)了對(duì)應(yīng)材料(普通碳鋼)的屈服強(qiáng)度220 MPa,由于鋼筋屈服區(qū)域較大,實(shí)際地震發(fā)生時(shí),可能會(huì)引起鋼筋的斷裂;

        ③當(dāng)激勵(lì)方向?yàn)閅軸時(shí),設(shè)備各部位的等效應(yīng)力值均小于對(duì)應(yīng)材料的屈服強(qiáng)度值,均滿足材料的使用要求;

        ④當(dāng)激勵(lì)方向?yàn)閆軸時(shí),同X軸結(jié)果相似,鋼筋屈服區(qū)域較大,實(shí)際地震發(fā)生時(shí),可能會(huì)引起鋼筋的斷裂。

        參考文獻(xiàn):

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