基于ANSYS的eSYNCsupportGrid设备抗震强度分析

贾守亚　魏定池

摘 要：通过ANSYS Workbench16.0软件对对eSYNC support Grid设备进行设备建模，确定设备的固有频率。文章对设备进行静力强度分析，确定设备最大等效应力。根据设备的固有频率的计算结果，确定x、y、z三个方向的地震加速度，通过计算确定设备各部位的受力情，对support Grid设备进行抗震性能校核。

关键词：ANSYS；抗震分析；eSYNC support Grid

中图分类号：TU323.5 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）33-0214-03

1 概 述

近年来，随着国内经济的快速发展，冶金、石化、航天和化工等工业领域配套使用的大型设备得到迅速而广泛的应用。与大型设备配套的支撑格栅也区域大型化。支撑格栅设备在工程应用中必须有足够的强度，否则不能保证安全运行。

在实际工况中，支撑格栅经常会遇到地震载荷，为避免支撑格栅因地震载荷收到破坏，必须对其在地震作用下的强度进行校核。

通过运用有限元分析软件ANSYS Workbench16.0对支撑栅格进行设备建模，模拟设备在地震作用下的受力情况，能直观的反应设备能否在地震载荷下设备结构能否保持完整性[1-3]。

2 有限元分析的模型与方法

2.1 模型简化说明

实际eSYNC support Grid设备三维模型含有较多的螺钉连接部位，为顺利进行有限元建模，需对模型进行简化，本次分析按照如下原则进行简化：

①将eSYNC设备模块简化为质点，质点位于实际模块的质心位置，并与eSYNC模块与主体模块连接的位置关联起来，单个eSYNC质量为2 113.5 kg；

②在eSYNC support Grid设备里面的Starline bus简化为质点，单个Starline bus质量为21.8 kg，位置安放原则同上。

③调整79”控制面板（单组质量为9 kg）和70”控制面板（单组质量为7 kg）实体模型的输入密度，使其与实际质量吻合，并对塑料面板进行了抽取中面按照壳单元模拟。

④简化完成后，整个分析模型的质量为395.7 kg。

2.2 网格划分

本次分析对结构主体主要使用混合网格（包括四面体单元、六面体单元、四边形单元）（线性单元的缩减积分模式）进行网格划分，单体网格尺寸设置为30 mm，对79”控制面板和70” 控制面板的网格尺寸设置为50 mm。共生成444284个单元，约20万个节点。网格划分结果，如图1所示，ANSYS谱分析输入的频率与加速度曲线，如图2所示。

2.3 载荷及约束

①约束吊起设备的4根钢筋顶部；

②静力分析，载荷只考虑重力加速度g=9.8 m/s2；

③预应力模态分析调用静力分析的结果进行分析，不需要额外添加约束；

④反应谱分析中加速度施加方向按照模型整体坐标系下

的三个方向进行，地震谱数据数据见表1[4]。

⑤实验所用设备材料为普通碳钢，弹性模量为Pa，泊松比0.3，密度7 850 kg/m3，屈服强度220 MPa。

3 计算结果

对实验对象先进行静力分析，然后进行预应力模态分析，最后根据模态分析结果分别按照X/Y/Z三个坐标系加速度谱方向进行响应谱分析，谱值输入按照图4输入，放大系数为1.5

3.1 静力分析

设备的等效应力云图，如图3所示。

从图中可以看出，最大等效应力为9.19 MPa，设备的最大等效应力远小于结构对应材料的屈服强度。

3.2 模态分析

前30阶模态振型频率，见表2。

本次模态分析一共提取了前30阶模态频率，以保证后续反应谱分析中能覆盖所有的激励频率范围。

3.3 加速度激励沿X轴方向

加速度激励沿X轴方向时设备的等效应力云图，如图4所示。从图4可以看出，当加速度激励沿X轴方向时，最大等效应力为1 686 MPa。此时悬挂的四根钢筋的等效应力值大面积超过了对应材料（普通碳钢）的屈服强度220 MPa，由于钢筋屈服区域较大，实际地震发生时，可能会引起钢筋的断裂。

3.4 加速度激励沿Y轴方向

加速度激励沿Y轴方向时设备的等效应力云图，如图5所示。从图5可以看出，当加速度激励沿Y轴方向时，最大等效应力为6.64 MPa。设备各部位的等效应力值均小于对应材料的屈服强度值，均满足材料的使用要求

3.5 加速度激励沿Z轴方向

加速度激励沿Z轴方向时设备的等效应力云图，如图6所示。

从图6可以看出，当加速度激励沿Z轴方向时，最大等效应

力为1 295.5 MPa。钢筋屈服区域较大，实际地震发生时，可能会引起钢筋的断裂。

4 结 语

①静力强度分析显示，设备设备的最大等效应力为

9.19 MPa，远小于结构对应材料的屈服强度；

②当激励方向为X轴时，悬挂的四根钢筋的等效应力值大面积超过了对应材料（普通碳钢）的屈服强度220 MPa，由于钢筋屈服区域较大，实际地震发生时，可能会引起钢筋的断裂；

③当激励方向为Y轴时，设备各部位的等效应力值均小于对应材料的屈服强度值，均满足材料的使用要求；

④当激励方向为Z轴时，同X轴结果相似，钢筋屈服区域较大，实际地震发生时，可能会引起钢筋的断裂。

参考文献：

[1] GB 50267- 97，核电厂抗震设计规范[S].

[2] 张征明，何树延，李仲三.核反应堆贮液容器的抗震分析[J].核动力工程，

2001，4：26-30.

[3] 万力，傅激扬，吴莘馨，等.中国先进研究堆备用柴油发电机组的抗震动 力学分析[J].高技术通讯，2005，2：62-66.

[4] 周盼，丁旭权.基于谱分析方法的日用燃油罐抗震分析[J].中国水运，

2014，14（ 1）：370-372.