基于CFD与LS-DYNA耦合技术的风致冷却塔倒塌破坏分析

摘要

强风作用下大型冷却塔风毁事件时有发生,现有研究关注的重点在于风致塔筒局部强度和失稳破坏,均忽略了由局部损坏引发的整体连续倒塌破坏的后续现象,且国内外关于大型冷却塔风致倒塌过程及机理研究方面基本处于空白.鉴于此,基于CFD与LS-DYNA耦合技术提出了大型冷却塔风致倒塌全过程数值仿真模拟方法,并以山西潞安电厂的世界最高220m超大型冷却塔结构为例,首先建立了考虑材料非线性塔筒-支柱三维有限元模型,分析了结构动力特性;然后基于显示动力时程分析方法,加载基于CFD获得的塔筒三维平均风压进行拟动力分析,获得了冷却塔风致倒塌的仿真全过程;在此基础上,通过分析冷却塔倒塌(t=0s)时的应力分布特征与喉部迎风点的IDA(位移-风速)曲线,提炼了壳体倒塌的受力特点与全过程机理.研究表明本文提出的数值仿真方法能真实有效地模拟强风作用下大型冷却塔的倒塌全过程;冷却塔倒塌过程的壳体受力特点是由弯拱机制到悬绞线机制,塔筒由于喉部与塔顶变形不协调而出现褶皱,具有一定滞后的变形协调关系.本文可为此类考虑风荷载作用的薄壳结构倒塌全过程数值研究提供参考.