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1 前言
力学组人员基本都是用ANSYS进行抗震计算,之前笔者有个项目需要对风管进行抗震计算,委托他们完成了这部分工作。本案例笔者尝试用Workbench进行抗震计算,并与他们的计算结果进行对比。
2 建模计算
在workbench建立如下项目组合,内容为A:几何模型;B:静力分析;C:模态分析;D:地震响应谱分析;E:工况组合分析。由于抗震计算需考虑的载荷包括自重、内压、地震各载荷的线性叠加,因此在workbench中可以通过Design Assessment来实现工况的组合计算(可参阅笔者之前写的案例,点及文末“阅读原文”查看)。
图1 workbench计算分析项目建立
建立如下的风管模型,采用SHELL181壳单元(风管)和BEAM181(支架)梁单元,这是workbench默认的单元类型。建模时,支架的线体模型和风管的壳体模型连接位置用绑定接触,支架生根处用固定约束。鉴于保密要求,风管支架的具体尺寸不予说明。
图2 风管支架模型
静力分析施加重力和内压载荷,如图3所示。
图3 静力分析施加载荷
由于模态分析是在静力分析基础之上,相当于有预应力的模态分析。前六阶固有频率如下表,可查看模态分析项目下的solution information,各方向自由度的质量参与系数在第六阶时已超过90%(如图4),因此取前6阶模态足够。可以看出,第一阶固有频率小于地震截止频率(33Hz),因此应该采用反应谱法来计算,这是一种近似的动力分析方法,将所在地区的地震反应谱作为激励载荷输入。
表1 风管固有频率
图4 质量参与系数(x向位移)
地震反应谱分析,反应谱为加速度谱(m/s2),水平方向施加图5所示反应谱,垂直方向施加图6所示反应谱。
图5 水平方向反应谱
图6 垂直方向反应谱
工况组合按如下设定,即考虑静力(自重和内压)和地震(反应谱)载荷的叠加。一次薄膜应力计算结果如图8,一次薄膜应力+一次弯曲应力计算结果如图9。
图7 工况组合设置
图8 一次薄膜应力
图9 一次薄膜应力+一次弯曲应力
特别补充
力学组在进行抗震计算时采用了等效静力法,通常这中方法用在第一阶固有频率大于地震截止频率的情况,在该案例中,采用这种方法将更加保守。SSE地震取OBE地震的2倍,水平方向加速度取1.91g,垂直方向加速度取0.53g,作为等效静载荷施加在模型上,等效静力法载荷施加结果如图10所示(其中加速度D是三个方向矢量和的模)。
图10 等效静力法载荷
等效静力法一次薄膜应力和一次薄膜应力+一次弯曲应力结果分别如图11和图12所示。可以看出,相比于反应谱法,等效静力法的结果保守了很多。
图11一次薄膜应力
图12一次薄膜应力+一次弯曲应力
等效静力法Workbench和ANSYS计算结果对比如图13所示,可以看出结果相近。
图13 Workbench和ANSYS计算结果对比
写在最后的话
在ANSYS中,获取薄膜应力和薄膜应力+弯曲应力,分别通过shell,mid和shell,top来实现(请教力学组),笔者认为在workbench里面应该是通过修改结果中的Scope Position来设置,如下图,但是不确定。不知读者中哪位大神可以解释一下workbench中如何获得这两种应力结果,因为这是规范里面的评定对象,可直接给我留言。
图14 薄膜应力(左)和薄膜应力+弯曲应力(右)
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