基于ANSYS的eSYNCsupportGrid設備抗震強度分析

賈守亞　魏定池

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

關鍵詞：ANSYS；抗震分析；eSYNC support Grid

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

1 概 述

近年來，隨著國內經濟的快速發展，冶金、石化、航天和化工等工業領域配套使用的大型設備得到迅速而廣泛的應用。與大型設備配套的支撐格柵也區域大型化。支撐格柵設備在工程應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對支撐柵格進行設備建模，模擬設備在地震作用下的受力情況，能直觀的反應設備能否在地震載荷下設備結構能否保持完整性[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設備模塊簡化為質點，質點位于實際模塊的質心位置，并與eSYNC模塊與主體模塊連接的位置關聯起來，單個eSYNC質量為2 113.5 kg；

②在eSYNC support Grid設備里面的Starline bus簡化為質點，單個Starline bus質量為21.8 kg，位置安放原則同上。

③調整79”控制面板（單組質量為9 kg）和70”控制面板（單組質量為7 kg）實體模型的輸入密度，使其與實際質量吻合，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，整個分析模型的質量為395.7 kg。

2.2 網格劃分

本次分析對結構主體主要使用混合網格（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）進行網格劃分，單體網格尺寸設置為30 mm，對79”控制面板和70” 控制面板的網格尺寸設置為50 mm。共生成444284個單元，約20萬個節點。網格劃分結果，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預應力模態分析調用靜力分析的結果進行分析，不需要額外添加約束；

④反應譜分析中加速度施加方向按照模型整體坐標系下

的三個方向進行，地震譜數據數據見表1[4]。

⑤實驗所用設備材料為普通碳鋼，彈性模量為Pa，泊松比0.3，密度7 850 kg/m3，屈服強度220 MPa。

3 計算結果

對實驗對象先進行靜力分析，然后進行預應力模態分析，最后根據模態分析結果分別按照X/Y/Z三個坐標系加速度譜方向進行響應譜分析，譜值輸入按照圖4輸入，放大系數為1.5

3.1 靜力分析

設備的等效應力云圖，如圖3所示。

從圖中可以看出，最大等效應力為9.19 MPa，設備的最大等效應力遠小于結構對應材料的屈服強度。

3.2 模態分析

前30階模態振型頻率，見表2。

本次模態分析一共提取了前30階模態頻率，以保證后續反應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軸方向時設備的等效應力云圖，如圖4所示。從圖4可以看出，當加速度激勵沿X軸方向時，最大等效應力為1 686 MPa。此時懸掛的四根鋼筋的等效應力值大面積超過了對應材料（普通碳鋼）的屈服強度220 MPa，由于鋼筋屈服區域較大，實際地震發生時，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軸方向時設備的等效應力云圖，如圖5所示。從圖5可以看出，當加速度激勵沿Y軸方向時，最大等效應力為6.64 MPa。設備各部位的等效應力值均小于對應材料的屈服強度值，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軸方向時設備的等效應力云圖，如圖6所示。

從圖6可以看出，當加速度激勵沿Z軸方向時，最大等效應

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

4 結 語

①靜力強度分析顯示，設備設備的最大等效應力為

9.19 MPa，遠小于結構對應材料的屈服強度；

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

③當激勵方向為Y軸時，設備各部位的等效應力值均小于對應材料的屈服強度值，均滿足材料的使用要求；

④當激勵方向為Z軸時，同X軸結果相似，鋼筋屈服區域較大，實際地震發生時，可能會引起鋼筋的斷裂。

參考文獻：

[1] GB 50267- 97，核電廠抗震設計規范[S].

[2] 張征明，何樹延，李仲三.核反應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電機組的抗震動 力學分析[J].高技術通訊，2005，2：62-66.

[4] 周盼，丁旭權.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.