基于通用有限元法的某壳体结构抗震校核方法论文_胡旭炜

摘要：由于许多壳体结构具有相应的抗震要求，当传入能量过高时可使设备发生损坏。因此，对于工作可靠性有特殊要求的设备需要进行抗震校核。

本文主要研究内容包括：建立了壳体有限元模型；对结构的模态特性进行分析；对结构的抗震动力学特性分析。

关键字:有限元分析、振动、结构模态

1、壳体结构

本文通过有限元法分析并校核某消音器壳体结构抗震能力。消音器由结构外壳、内消声体、吸声材料、进出气接管及法兰、支撑板、安装脚等组成。四个安装脚通过螺栓连接在基础上。

根据图纸和输入参数，建立有限元模型。并将模型导入HyperMesh软件进行网格划分，而后再导入ANSYS软件中进行相应的计算。建模所用的主要材料属性如表1所示。

表1 所用材料属性

建立的有限元计算模型如图1所示：

图1整体有限元模型

2、螺栓模型

需要校核的螺栓分为三类，分别为进口法兰处螺栓：规格为M24*40、8.8级，有效直径为21.2mm；出口法兰处螺栓：规格为M27*24、8.8级，有效直径为24.2mm；机脚安装螺栓：规格为M24*12、8.8级，有效直径为21.2mm。螺栓材料密度为7850Kg/m^3、泊松比0.3、弹性模量为2.1e5MPa。

3排气消音器模态分析

将有限元模型导入ANSYS中进行模态分析，得到系统前二十阶模态及其对应的振型如下表所示。在表2中为了清楚的观察设备内部的模态振型，只显示了模型一半的位移云图。

表2排气消音器前10阶固有频率

分析排气消音器前二十阶模态振型可以看出，1、2阶为壳体整体模态；3~6阶主要表现为内消声体沿周向模态；7~10阶主要表现为消声器本体内壁穿孔板局部模态。

4计算分析

选用2%阻尼比（SSE）情况下的反应谱作为计算抗震载荷谱，并考虑了工作条件下的其它载荷情况，即考虑工作压力、重力及管口载荷。

输入结构参数，计算结果表明进出口法兰连接螺栓强度合格，在载荷的作用下法兰连接良好。机脚安装螺栓强度合格，但是在切向载荷的作用下接触面之间存在相对滑动。

图4焊缝应力

如图4所示，焊缝处的最大应力为176MPa，位于加强环同机脚的焊接处。由于焊接母材为Q235，屈服极限为235MPa，强度极限为308MPa，且焊缝系数为0.9，则176MPa<235*0.9=211.5MPa，焊受力在弹性范围内，不会发生破坏及塑性变形。

5分析与结论

壳体结构在抗震反应谱加载及工作载荷加载下，消声器位移较小，设备本体、螺栓、焊缝强度均满足要求。在电气和连接厂房（1LX-1WX-1DA）楼层反应谱加载及工作载荷加载下，消声器位移较小，设备本体、螺栓、焊缝强度均满足要求。在电气和连接厂房（2LX-2WX-2DA）楼层反应谱加载及工作载荷加载下，消声器位移较小，设备本体、螺栓、焊缝强度均满足要求。

6 参考文献

1）GB 50267-1997 《核电厂抗震设计规范》

2）《最新实用金属材料手册》

3）《ANSYS14.0数值模拟工程实例解析》（谱分析部分）

4）《机械设计手册》2卷

论文作者:胡旭炜

论文发表刊物:《科学与技术》2019年第23期

论文发表时间:2020/5/8