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基于ANSYS的核级机柜抗震分析
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1 基于 ANSYS 的核级机柜抗震分析 中核控制系统工程有限公司 技术工程部,朱新慧、袁玉国、韦智康 摘 要:本文采用ANSYS有限元分析法,对核级机柜结构进行抗震分析。通过建立有限元动力学模型,进行模态分析, 得出前10阶固有频率和振型。在此基础上用SRSS模态合并法进行单点响应谱计算,得到相应的最大位移响应和最大等效 应力。按照抗震设计规范进行校核,结果表明满足规范要求,在此基础上提出优化建议。 关键词:核级机柜;有限元抗震分析;模态分析;响应谱分析 有限元分析法是解决结构地震作用计算的一种有效方法, 而ANSYS有限元计算分析软件又是在众多有限元 分析软件中能有效进行结构计算的有效工具,具有建模简单、方便、快速的特点。 本文针对核级机柜的抗震分析主要分为两部分:模态分析和响应谱分析。 模态分析是弹性结构固有的、整体的特性。通过模态分析可了解结构物在某一易受影响的频率范围内的 各阶主要模态的特性,就可以预言结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下产生的实际振动响应 [1]。 谱分析是一种把模态分析的结果和一个已知谱联系起来,计算结构模型响应(包括位移及反应力等)的分 析方法。主要用来确定结构对于随机荷载或随时间变化荷载(地震、风载等)的动力响应。谱即为谱值与频率 两者的关系曲线。谱分析适用于任何承受地震作用或其它不规则荷载的结构或构件,如建筑框架结构、桥梁、 飞机部件、太空船部件以及承受地震或其他不稳定载荷的系统 [2]。本文用有限元软件ANSYS对某核电站控制柜 的地震作用进行了模态分析和谱响应分析,从而为柜体的设计提供了优化方法。 这两种方法相比较静力法等计算结果精度比较高,但计算量大,具体工作流程如下: ①建立模型; ②求得模态解; ③求得谱解; ④扩展模态; ⑤合并模态; ⑥观察结果; ⑦提出优化建议。 1. 模型的建立 有限元模型的建立是进行有限元分析的基础,建立的有限元模型应能够真实地反映实际工程行为特征。 由于结构的复杂性.为了能反映结构的实际情况,本分析中采用壳单元进行分析。ANSYS单元类型中,壳 单元有三角形单元和四边形单元。四边体单元在划分网格时对结构的要求比较高,而且进行自由网格划分时 相对来说比较困难,但是计算精度相对三角形单元会高一些。ANSYS中Shell93单元和Shell181单元都是比较 常用的壳单元类型。Shell93单元带有8个节点,计算更精确,常用于带有弧度的曲面结构。本文章中核级机 柜结构基本为平面结构,所以采用shell181单元。Shell181单元通过4个节点来定义,每个节点有3个移动自 由度。如图1所示为核级机柜的有限元模型。

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