气柜结构模态分析
对图 2.1 所示的气柜筒体有限元模型运用子空间迭代法(subspace)进行模态计算,提取前 800 阶模态,绝大多数均为板件的局部振动。针对气柜的六道走道环梁,找到相对应的前 6 阶主振型,分别在第 40、135、283、412、512 和 620 步,见图 2.2。
由图可见:
(1)第 1 阶振型以顶盖和第 6 道环梁水平方向平动为主,气柜沿高度变形的变化较为一致,略呈现弯曲型变形。
(2)第 2 阶振型以水平方向平动为主,在气柜高度中点附近出现一个反弯点,顶盖与基底之间呈现剪切型变形;并且顶盖局部出现竖向振动。
(3)第 3~6 阶振型仍以水平方向平动为主,分别出现 2~5 个反弯点,环梁之间呈现剪切型变形;同时气柜的转动变形也变大,顶盖整体竖向振动也越来越强烈。
(4)气柜结构各阶水平变形较大的位置均位于或接近走道环梁所在之处,故走道的设置对筒体的高阶振型有一定的影响。
通过对气柜结构的前 6 阶振型进行分析表明:结构的第 1 和第 2 阶振型相对简单明确,模态阶次越高自振特性越复杂,气柜结构的模态振型表现为多种振动形式的叠加。
由图可见:
(1)第 1 阶振型以顶盖和第 6 道环梁水平方向平动为主,气柜沿高度变形的变化较为一致,略呈现弯曲型变形。
(2)第 2 阶振型以水平方向平动为主,在气柜高度中点附近出现一个反弯点,顶盖与基底之间呈现剪切型变形;并且顶盖局部出现竖向振动。
(3)第 3~6 阶振型仍以水平方向平动为主,分别出现 2~5 个反弯点,环梁之间呈现剪切型变形;同时气柜的转动变形也变大,顶盖整体竖向振动也越来越强烈。
(4)气柜结构各阶水平变形较大的位置均位于或接近走道环梁所在之处,故走道的设置对筒体的高阶振型有一定的影响。
通过对气柜结构的前 6 阶振型进行分析表明:结构的第 1 和第 2 阶振型相对简单明确,模态阶次越高自振特性越复杂,气柜结构的模态振型表现为多种振动形式的叠加。
各阶振型图从直观的方面反映结构的刚度分布,自振频率从数值的方面反映了结构的刚度状况。该 6 阶的自振频率见表 2.1。各阶模态自振频率变化如图 2.3 所示。 从表 2.1 和图 2.3 中可以看出气柜结构的基频相对较高,因此该结构具有较好的刚度;从基频到第四阶结构频率增加较快,第四阶以后结构频率增长相对缓慢一些。基频决定着结构是否易于遭受某种频率外荷载的共振破坏,因此在气柜筒体结构地震响应计算时,应主要考虑低阶振型的影响和弯剪组合变形的性质,忽略高阶各振型间的相关性。
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