气柜结构有限元模型
华东某 30 万 3m大型气柜筒体直径为 62.68m,高度为 110.10m,设置 32 根 H300 型钢立柱,带肋壁板采用 7mm 厚钢板。顶盖高 6.81m,32 根经向主肋为槽钢[28a;10 道槽钢环向主肋(外侧 2 道[28a,中间 2 道[22a,内侧 ,6 道[18a);顶盖中央环梁为 H300型钢。经向次肋为角钢 L80x6;盖板为 4mm 钢板。基于工程实例,筒体的立柱、环梁和顶盖骨架均采用 Beam188 梁单元模拟,筒体壁板和顶盖板采用 Shell181 壳单元模拟。各构件之间均采用绑定约束,筒体底部的立柱与壁板均为三向固定约束。图 2.1 为气柜结构示意图和有限元模型图。
在 ANSYS 建模中,单元的选择至关重要。气柜加劲壳体分析中所用主要单元如下:
1)气柜顶盖和筒体的薄壳选用 Shell181 单元
Shell181 壳单元能够很好地模拟薄至中等厚度的壳形结构。每个节点具有六个自由度(x、y、z 方向的平动、绕 x、y、z 轴的转动),适用于线性、大角度转动和非线性大应变的问题。在单元范围内支持完全和减缩的积分方法,能很好地解决计算中收敛困难的问题。 2)梁、柱以及加劲肋选用 Beam188 单元
Beam188 是三维线性或二次梁单元。每个节点有六个或者七个自由度,自由度的个数取决于 KEYOPT(1)的值。当 KEYOPT(1)=1 时,每个节点有六个自由度,并引入横截面的翘曲作为其第七个自由度。此单元能很好地解决线性、大角度转动及非线性大应变等问题,并且可以采用 scctype、sccdata、sccoffsct、sccwrite 及 sccread 定义梁的横截面,准确定位梁截面的方向,真实模拟加劲肋的截面特性及相对于薄壳的偏心位置。 气柜采用 Q235B 钢材,ANSYS 有限元分析中将材料的本构关系设置为理想弹塑性,选用的双线性等向强化模型(TB,BISO)。
在 ANSYS 建模中,单元的选择至关重要。气柜加劲壳体分析中所用主要单元如下:
1)气柜顶盖和筒体的薄壳选用 Shell181 单元
Shell181 壳单元能够很好地模拟薄至中等厚度的壳形结构。每个节点具有六个自由度(x、y、z 方向的平动、绕 x、y、z 轴的转动),适用于线性、大角度转动和非线性大应变的问题。在单元范围内支持完全和减缩的积分方法,能很好地解决计算中收敛困难的问题。 2)梁、柱以及加劲肋选用 Beam188 单元
Beam188 是三维线性或二次梁单元。每个节点有六个或者七个自由度,自由度的个数取决于 KEYOPT(1)的值。当 KEYOPT(1)=1 时,每个节点有六个自由度,并引入横截面的翘曲作为其第七个自由度。此单元能很好地解决线性、大角度转动及非线性大应变等问题,并且可以采用 scctype、sccdata、sccoffsct、sccwrite 及 sccread 定义梁的横截面,准确定位梁截面的方向,真实模拟加劲肋的截面特性及相对于薄壳的偏心位置。 气柜采用 Q235B 钢材,ANSYS 有限元分析中将材料的本构关系设置为理想弹塑性,选用的双线性等向强化模型(TB,BISO)。
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