基于ANSYS的氟化氢再生塔的模态和地震载荷分析.pdf

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1、20一■论文广场石20油与化工设备10年第13卷基于ANSYS的氟化氢再生塔的模态和地震载荷分析赵亮，宋天民，张国福，梁浩骞，吕凯，邹立维，王欢(辽宁石油化工大学机械工程学院，辽宁抚顺1I3001)[摘要]本丈使用有限元软件ANsYs对氟化氢再生塔的模态进行了分析和计算，计算了在地震载荷下塔体各个位置的动力响应，为进一步分析氟化氢再生塔在地震载荷作用下的破坏机理奠定了基础。‘[关键词]氟化氢再生塔；ANSYS；模态分析；地震载荷近年来，随着我国油气储运建设的迅速发展，程可表~fj[M]{义}+[K]{x

2、}=0，其中[M]为质量矩油气储罐，再生塔等压力容器人量建造。由于其承阵，{义}为加速度向量，[K]为刚度矩阵，{x}为位载地区有能发生严重的自然灾害一地震，且石油移向量。求解此式可以得到塔体的固有频率和振石化类压／』J容器由于其运行时常含有污染性或毒性物质，如果设备受到地震破坏，不仅经济损失巨塔体材料为蒙乃尔合金(NCu30)，密度8．8g／人，还会对白然环境，人民生命安全：生重人影cm，弹性模量170GPa，泊松比0．32，公称内径为响，造成不叮估量的损失】。因此，对石油化类1800mm，壁厚9mm

3、，底座为裙座结构，裙座壁厚压力容器进行抗震研究是非常必要的。10mm。上下封头均为标准椭圆封头。本文对洗涤剂化工厂常用的设备一氟化氢再生计算用元的选择是ANSYS分析的关键，一塔进行抗震研究，按照HG20660-2000《压力容器定要选择符合被分析对象材料在受载时行为的单中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类》，氟化元，本文选用Shell63单元。Shell63单元为弹性壳氢属高度危险性介质，必须对其设备进行认真细致单元，宵四个节点，每个节点有6个自由度。单元的抗震研究。通过ANSYS软件对氟化氢再生塔进

4、行土要受弯曲应力和薄膜应力，和塔体的实际受力模态分析和地震波分析，确定它的固有频率和振型情况相符合。模型网格的划分同样是模型分析中并算出关键位置在地震发生时的载荷和位移情况，很重要的一步，ANSYS主要提供两种划分方法：为以后的抗震研究工作打好基础。自由划分和映射划分4]。映射划分能生成整齐结构的振动特性决定了结构对于各种动力载规则的网格，但是只能用于形状较规则的模型；荷的响应情况，要计算地震载荷对塔的作朋，首自由划分可以对各种复杂形状的模型进行网格划先要计算塔的同有频率。由于塔体结构复杂，各分，但是生

5、成的网格在不同部位的疏密程度不好部分结构互卡日牵制，尢法采用解析法准确地求}』l控制，难以得到理想的结果。这两种方法各有优其崮有频率，此本文利_l_}j建立的再生塔有限兀缺点，要根据模犁特点和分析内容来选择较好的模型进行结构的振动特性分析，即模态分析，来方法。因为塔体形状较为规则，所以网格划分采求出塔的固有频率。然后将地震时产生的加速度用映射划分的方式，得到了比较满意的网格，如施加任模型上，得到模型的载荷和位移情7兄。图1。模型共包含1176个单元，1201个节点。ANSYS是通用和有效的有限元软件之一

6、，它融结构、传热学、流体、电磁、声学和爆破分析于一体，具有强大的前后处理和计算分析能力，能够同时模拟结构、热、流体、电磁以及多种物理场问的耦合效应。用它算得的结果町信性比较高。1建立计算模型利用有限元分析软件ANSYS求解塔体的同有图1塔的有限元网格图振动频率，其实就是求解塔体的自由振动微分方作者简介：赵亮(1979一)，男，安徽宿州人，辽宁石油化程。存忽略塔体阻尼的条件下，自由振动微分方工大学化工过程机械专业在读硕士研究生。第2期赵亮等基于ANSYS的氟化氢再生塔的模态和地震载荷分析一22模态分析计算

7、过程4结语ANSYS提供的模态分析方法很多，有分块通过分析结果可以看到，使刖有限元分析软兰索斯法、子空间迭代法、凝聚法、非对称法、件ANSYS，在地震波分析可以提取模型{任意阻尼法等。本文采用予空问迭代法。子问迭代一点的动力响应，能使分析人员找到塔体的薄弱法适用于大型对称矩阵特征值求解问题，适合由部位并相应的予以加强，为氟化氢再塔在地震壳组成的模型。该方法精确度和分块兰索斯法一载荷作用下的安全提供了保障，为塔体地震破坏样，但是所占用的内存要少。选用该方法后需要机理的研究打下了基础。输入需要提取的模态个数

8、，根据计算的实际需要，这里输入了10，即提取前十阶模态。r扫于模型的对称性，实际只提取了模型的前五阶模态。具体步骤如卜：(1)选取菜单途径MainMenu>Solution>AnalysisType>NewAnalysis。NewAnalysis对话框现。(2)选中Modal选项，意为模态分析，单击OK。(3)选取菜单途径MainMenu>Solution>AnalysisOptions，ModalAnalysis对话框出现，此处设置分析方