基于ANSYS的eSYNCsupportGrid設(shè)備抗震強度分析

賈守亞　魏定池

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

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

中圖分類號：TU323.5 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）33-0214-03

1 概 述

近年來，隨著國內(nèi)經(jīng)濟的快速發(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度，否則不能保證安全運行。

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

通過運用有限元分析軟件ANSYS Workbench16.0對支撐柵格進行設(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 模型簡化說明

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

①將eSYNC設(shè)備模塊簡化為質(zhì)點，質(zhì)點位于實際模塊的質(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，單個eSYNC質(zhì)量為2 113.5 kg；

②在eSYNC support Grid設(shè)備里面的Starline bus簡化為質(zhì)點，單個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）實體模型的輸入密度，使其與實際質(zhì)量吻合，并對塑料面板進行了抽取中面按照殼單元模擬。

④簡化完成后，整個分析模型的質(zhì)量為395.7 kg。

2.2 網(wǎng)格劃分

本次分析對結(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）進行網(wǎng)格劃分，單體網(wǎng)格尺寸設(shè)置為30 mm，對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個單元，約20萬個節(jié)點。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

的三個方向進行，地震譜數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)見表1[4]。

⑤實驗所用設(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，屈服強度220 MPa。

3 計算結(jié)果

對實驗對象先進行靜力分析，然后進行預(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三個坐標(biāo)系加速度譜方向進行響應(yīng)譜分析，譜值輸入按照圖4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)力遠小于結(jié)構(gòu)對應(yīng)材料的屈服強度。

3.2 模態(tài)分析

前30階模態(tài)振型頻率，見表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頻率范圍。

3.3 加速度激勵沿X軸方向

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

3.4 加速度激勵沿Y軸方向

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

3.5 加速度激勵沿Z軸方向

加速度激勵沿Z軸方向時設(shè)備的等效應(yīng)力云圖，如圖6所示。

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

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

4 結(jié) 語

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

9.19 MPa，遠小于結(jié)構(gòu)對應(yīng)材料的屈服強度；

②當(dāng)激勵方向為X軸時，懸掛的四根鋼筋的等效應(yīng)力值大面積超過了對應(yīng)材料（普通碳鋼）的屈服強度220 MPa，由于鋼筋屈服區(qū)域較大，實際地震發(fā)生時，可能會引起鋼筋的斷裂；

③當(dāng)激勵方向為Y軸時，設(shè)備各部位的等效應(yīng)力值均小于對應(yīng)材料的屈服強度值，均滿足材料的使用要求；

④當(dāng)激勵方向為Z軸時，同X軸結(jié)果相似，鋼筋屈服區(qū)域較大，實際地震發(fā)生時，可能會引起鋼筋的斷裂。

參考文獻：

[1] GB 50267- 97，核電廠抗震設(shè)計規(guī)范[S].

[2] 張征明，何樹延，李仲三.核反應(yīng)堆貯液容器的抗震分析[J].核動力工程，

2001，4：26-30.

[3] 萬力，傅激揚，吳莘馨，等.中國先進研究堆備用柴油發(fā)電機組的抗震動 力學(xué)分析[J].高技術(shù)通訊，2005，2：62-66.

[4] 周盼，丁旭權(quán).基于譜分析方法的日用燃油罐抗震分析[J].中國水運，

2014，14（ 1）：370-372.