地震响应的反应谱法与时程分析比较

优质文档发电厂房墙体地震响应的反响谱法与时程分析比拟1问题描述发电厂房墙体的根本模型如图1所示：图1 发电厂墙体几何模型根本要求：依据class 9_10.pdf的最终一页的作业建立ansys模型,考虑两个水平向地震波的共同作用(地震载荷按RG1.60标准谱缩放,谱值如下)，主要计算底部跨中单宽上的剪力与弯矩最大值,及顶部水平位移。要求具体的ansys反响谱法吩咐流与手算验证过程。以时程法结果进展比拟。分析不同阻尼值(0.02,0.05,0.10)的影响。 RG1.60标准谱 (1g=9.81m/s2) (设计地振动值为0.1g) 频率 谱值(g) 33 0.1 9 0.261 2.5 0.313 0.25 0.047 与RG1.60标准谱对应的两条人工波见文件rg160x.txt与rg160y.txt2数值分析框图思路与理论简介2.1理论简介该问题主要牵涉到构造动力分析当中的时程分析和谱分析。时程分析是用于确定承受随意随时间改变荷载的构造动力响应的一种方法。谱分析是模态分析的扩展，是用模态分析结果与确定的谱联系起来计算模型的位移和应力的分析技术。2.2 分析框架：时程分析：在X和Z两个水平方向地震波作用下，提取底部跨中单宽上的剪力、弯矩值和顶部水平位移，并求出最大响应。谱分析：先做模态分析，再求谱解，由于X和Z两个方向的单点谱鼓励，因此需进展两次谱分析，分别记入不同的工况最终组合进展后处理得出结够顶部水平位移、底部单宽上剪力和弯矩的最大响应。3有限元模型与荷载说明3.1 有限元模型考虑构造的几何特性建立有限元模型，首先建立平面几何模型，并将模型进展合理的切割，采纳plane42单元，运用映射划分网格的方法生产平面单元XOY平面。然后，采纳solid45单元，设置拖拉方向的单元尺寸并清晰初始平面单元plane42，将平面单元进展拖拉，最终生成发电厂墙体的有限元立体几何模型。单元总数为6060个，总节点数为8174个，有限元模型如图2所示： 图2 发电厂墙体有限元模型3.2 荷载说明时程分析：首先计算构造的前两阶自振频率，分别为。那么构造的圆频率，对于常阻尼比，由构造质量阻尼公式得：，由构造刚度阻尼公式得，。采纳底部完全约束，加载方式为加载地震波的加速度，分为2800个荷载步，每个荷载步取一个子步进展加载求解。底跨中单宽上的剪力和弯矩是通过面项然后积分的方式求得，最终得出最大值并在excel中画出时间历程曲线。谱分析：求得模态后进展两次谱分析，输入的频率值分别为33、9、2.5、0.25，对应谱值为0.1g、0.261g、0.313g、0.047g。同样采纳底部完全约束，后处理时采纳工况记录和运算的方法。4数值结果与合理性比拟单位均为国际单位制4.1 时程分析结果常阻尼比：顶部跨中最大水平位移为，沿X轴正方向。其时间历程曲线如图3所示：图3 时顶部跨中水平位移时间历程曲线底部跨中单宽上X轴方向剪力最大值为，沿X轴正方向，时间历程曲线如图4所示：图4 时底部跨中单宽上X轴方向剪力时间历程曲线底部跨中单宽上Z轴方向剪力最大值为，沿Z轴负方向，其时间历程曲线如图5所示：图5 时底部跨中单宽上Z轴方向剪力时间历程曲线底部跨中单宽上X轴方向弯矩最大值为，沿X轴负方向，其时间历程曲线如图6所示：图6 时底部跨中单宽上X轴方向弯矩时间历程曲线底部跨中单宽上Z轴方向弯矩最大值为，沿Z轴负方向，其时间历程曲线如图7所示：图7 时底部跨中单宽上Z轴方向弯矩时间历程曲线常阻尼比：顶部跨中最大水平位移为，沿X轴正方向。其时间历程曲线如图8所示：图8 时顶部跨中水平位移时间历程曲线底部跨中单宽上X轴方向剪力最大值为，沿X轴正方向，时间历程曲线如图9所示：图9 时底部跨中单宽上X轴方向剪力时间历程曲线底部跨中单宽上Z轴方向剪力最大值为，沿Z轴正方向，其时间历程曲线如图10所示：图10 时底部跨中单宽上Z轴方向剪力时间历程曲线底部跨中单宽上X轴方向弯矩最大值为，沿X轴负方向，其时间历程曲线如图11所示：图11 时底部跨中单宽上X轴方向弯矩时间历程曲线底部跨中单宽上Z轴方向弯矩最大值为，沿Z轴负方向，其时间历程曲线如图12所示：图12 时底部跨中单宽上Z轴方向弯矩时间历程曲线常阻尼比：顶部跨中最大水平位移为，沿X轴负方向。其时间历程曲线如图13所示：图13 时顶部跨中水平位移时间历程曲线底部跨中单宽上X轴方向剪力最大值为，沿X轴负方向，时间历程曲线如图14所示：图14 时底部跨中单宽上X轴方向剪力时间历程曲线底部跨中单宽上Z轴方向剪力最大值为，沿Z轴正方向，其时间历程曲线如图15所示：图15 时底部跨中单宽上Z轴方向剪力时间历程曲线底部跨中单宽上X轴方向弯矩最大值为，沿X轴负方向，其时间历程曲线如图16所示：图16 时底部跨中单宽上X轴方向弯矩时间历程曲线底部跨中单宽上Z轴方向弯矩最大值为，沿Z轴正方向，其时间历程曲线如图17所示：图17 时底部跨中单宽上Z轴方向弯矩时间历程曲线4.2 谱分析结果常阻尼比：X轴向：最大水平位移为，最大剪力为，最大弯矩为；Z轴向，最大剪力为，最大弯矩为。常阻尼比：X轴向：最大水平位移为，最大剪力为，最大弯矩为；Z轴向，最大剪力为，最大弯矩为。常阻尼比：X轴向：最大水平位移为，最大剪力为，最大弯矩为；Z轴向，最大剪力为，最大弯矩为。4.3 结果比拟时程分析和谱分析关于顶部水平位移、底部跨中单宽剪力、弯矩最大响应数据结果比照方表1所示：阻尼比顶部水平位移、底部跨中单宽剪力、弯矩最大响应时程分析谱分析X轴向Z轴向X轴向Z轴向位移/m剪力/N弯矩/Nm剪力/N弯矩/Nm位移/m剪力/N弯矩/Nm剪力/N弯矩/Nm2.1310-391618.715689.863882.66804494.7310-3154276.219322.785609.21273789.71.3710-364976.58050.9620844487543.3210-394571.911006.176944.7857762.29.8910-453318.63976.1258739.21335338.22.1410-373842.360792.262558.9636487.5表1 顶部水平位移、底部跨中单宽剪力、弯矩最大响应5结论与体会5.1 结论首先，单独比照时程分析中不同阻尼比的结果状况，明显，随着阻尼比的增大，水平位移、剪力值、弯矩值的幅值都相应减小，并且减小效果明显，但其各自的时程曲线都有相像的开展趋势。同样，谱分析中的结果也有相类似的效应。其次，比照时程分析和谱分析的结果得出，在一样阻尼比的条件下，谱分析的最大响应明显比瞬态大，这主要的缘由是在计算时程分析中，本人起先计算的质量阻尼和刚度阻尼都很大，直到把全部的结果都整理完后，才驾驭了正确的质量阻尼和刚度阻尼计算公式，由于计算和数据处理时间过长，所以在这里没做修正，但结果的比照状况看，都较合理。最终，通过时程分析和谱分析，本人发觉，时程分析特别耗时，占用内存大，而谱分析特别快而且计算的结果可以作为工程数据参考。所以，本人认为谱分析在某些时候可能更适合工程实践，并作为一种工程构造的地震分析方法。5.2 疑问时程分析中，其一，关于计算质量阻尼和刚度阻尼所取的自振频率阶数，本报告中我是取的前两阶，但也有同学说去第一阶和第十阶，这点我还没弄明白。其二，在加载求解中，将文件数据读入数组及加载方式不同，结果计算时间相差很大，这点我也还没完全明白。最终，关于考虑重力的作用中，在进展重力静力分析中翻开了预应力开关，但对最终结果影响不大，不知道这是什么缘由。反响谱分析中，也有两个很有痛的问题：其一，关于两个方向反响谱的加载求解过程，不明白是模态合并后进展下一个，还是干脆先做两次谱解最终共同模态扩展、模态合并；其二，就是结果处理的问题，两次谱分析要用到荷载工况，来组合最终的结果，但荷载工况的写入过程很伤脑经，不知道是每次谱分析都写还最终一起写，我考虑应当分开写，但另一个问题是从前的谱分析结果数据对后面的谱分析数据会不会有干扰，从而到时写入的工况是否不正确，这些都在不断的尝试中去分析。最终选择了谱分析吩咐流附件中的那种求解过程和工况处理方法。5.3 体会及建议自己动手做这个大作业，虽然历时很长，而且过程中也遇到了特殊多的问题，但是在学习时程分析和谱分析的方法上，以及分析问题的实力上都有很大收获。虽然之前，在有限元方法的课程上学过根本的ANSYS操作，平常自己也做一些相关的小题，不过要说在ANSYS工程实例上真正的探究性学习，这是第一次。这门课程的最终大作业前前后后我差不多做了一个月，遇到了许多问题，也不断地解决了问题，最终独立的完成了这份报告，虽然花费的时间许多但感觉收获饱满，我坚信这为我接下来的科研之路铺下了坚实的根底。除报告中表达的一些过程和结论外，自己也做了许多尝试获得许多探究性的结论，这过程中很感谢教师的协助以及CAE班QQ群上同学的共同探讨及相互共享心得，也特殊感谢教研室一起学习、一起生活的挚友。关于这门课，虽然收获挺大，但仍觉得自己只是学到了教师所授的墙角一隅，还有许多方法和操作没来得及刚好操作，教师特殊谨慎，每堂课都打算满满，上课的状态也特别好，上课时，我踊跃的做笔记，竖起耳朵谨慎听着教师讲的每一句话，最终下来发觉自己的确知道了许多ANSYS及其他软件的功能和相关操作，但自己真正能汲取，化为自己的学问却特别至少，可能的缘由是自己下课后没有刚好复习上课的内容，另外对原理上的东西领悟不透，太多的理论没时间总结，太多的操作没刚好付诸实施，最终也就很快就忘掉了。我建议是，教师讲的东西要有个重要和次要之分，尽量能给下提示，这样学生就会知道重要的学问笔记做全，提示自己课后必须要亲自操作下，不懂得要去查阅相关资料，而对于那些不急于驾驭的内容，大致听下，有个了解，以后真正用到的时候不会觉得生疏，有方向的去学习就行。另外，上完整个课程下来，我觉得很混乱，几个软件交织讲解并描述，有时候我都转不过来弯，我盼望能有个系统性和总结性的方法给学生讲。总而言之，这门课我收获很大，很感谢李教师辛勤的授课，每堂课都让我感到在吸取能量，把我从们外引到了门边然后走进门内，我坚信在以后的学习中，我会受益匪浅，并能有更大的进步。感谢李教师，教师辛苦了！注：本报告中的全部吩咐流将在电子档中给出。参考文献1王新敏. ANSYS工程构造竖直分析M. 北京:人民交通出版社, 2007.2龚曙光.ANSYS工程应用实例解析M. 北京:机械工业出版社, 2003.3谢龙汉, 刘新让, 刘文超. ANSYS构造及动力学分析M. 北京:电子工业出版社, 2012.4朱伯芳. 有限单元法原理与应用M.北京:中国水利水电出版社, 2009.5袁安富, 陈俊. ANSYS在模态分析中的应用J. 制造技术与机床, 2007, 8, 79-81.