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圆柱形消化池流固耦合动力特性分析

陈刚  
【摘要】: 目前圆柱形消化池在国内得到广泛应用,其抗震计算涉及典型的流固耦合问题。然而,国内对于地震动下圆柱形消化池的动力分析涉及很少,且所采用方法将流体对结构的作用以附加质量和附加阻尼的形式表达出来,计算精度低,没有考虑流体自由液面波动,并不是真正的流固耦合。为此本文以ADINA程序为平台,对圆柱形消化池及池内液体进行分离式建模,利用目前国际上先进的流固耦合分析理论和求解方法直接耦合求解,从而较为深入地探讨圆柱形消化池的动力特性。文章 主要内容包括: 1.在充分研究分析目前国内外流固耦合问题的基础上,选择确定了圆柱形消化池的流固耦合分析理论和求解方法。 2.利用速度势-位移有限元格式对圆柱形消化池及圆柱形储罐进行流固耦合模态分析,从结构形状特性、储液深度变化、壳壁刚度变化、自由液面波动等方面考察了二者的含液固有频率和振型。其中自由液面波动对圆柱形储液容器的含液模态几乎没有影响,而其它三个因素都对其有重要影响。 3.采用EL Centro波和天津波对圆柱形消化池进行地震反应分析。对消化池结构和流体分别建立有限元模型,并基于ALE方法耦合求解,从而避免了对流体做出过多假设,并实现了流体自由液面网格和液-固界面网格的瞬时变化。对于圆柱形消化池而言:(1)地震下液体的动水压力与静水压力相比较小,两条地震波激励下的动水压力最大值小于静水压力的40%。(2)其动力响应对输入地震波的波形和频谱特性十分敏感,不同地震波激励下的位移、内力响应可能相差较大。


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