自然通风冷却塔非线性有限元分析

摘要

自然通风冷却塔是火力发电厂的重要建筑物,在火电厂的运行当中担负着重要的作用。长期以来,国内对于冷却塔的设计和研究都是按照中国有关规范和标准,采用线性模型进行分析。随着非线性有限元理论的日趋完善及大量通用有限元软件的推广应用,使许多工程结构应用非线性有限元模型进行详细分析成为可能,因此利用混凝土非线性本构模型对自然通风冷却塔进行详细分析是有重大实用价值的研究课题。 论文分为两个部分,第一部分是线性分析,首先以某电厂的冷却塔为例,利用通用有限元软件ANSYS进行建模和计算,给出了冷却塔分别在自重、温度及风载作用下冷却塔的应力分布图,对冷却塔在国内及国外两种规范给定的风载荷作用下的壳体内力进行了比较分析,指出在两种规范规定风载荷作用下两者的结果基本一致,另外还给出了冷却塔线性稳定性的临界风压。另一部分是非线性有限元分析,以理想弹塑性模型平和Kent-Park钢筋混凝土本构模型两种常用的模型为例对自然通风冷却塔进行内力及非线性稳定性分析,给出了在标准风载和28倍标准风载荷作用下,两种非线性模型的内力分布,并与线弹性模型进行比较分析,指出在标准风压作用下,自然通风冷却塔整体处于线弹性状态,线弹性、理想弹塑性与Kent-Park模型三者壳体内力分布几乎相同,而在28倍标准风压作用下,由于塔身部分区域进入塑性状态,线性与非线性模型的内力分布表现出明显的差异。最后还给出了冷却塔非线性稳定性的临界载荷,指出两种本构模型的非线性稳定性结果与线性稳定性分析的结果差别不大,并对该结果进行了分析和说明。

目录

文摘

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致谢

1绪论

1.1研究背景及现状

1.2有限元的发展与应用

1.3本文的主要研究内容

2非线性有限元及在ANSYS中的实现

2.1非线性有限元的分类和求解

2.2 ANSYS中非线性分析的过程简介

2.2.1非线性分析的基本步骤

2.2.2 ANSYS中的非线性求解

2.2.3几何非线性的实现

2.2.4材料非线性的实现

2.3非线性求解的收敛问题

2.4本章小结

3自然通风冷却塔概况和建模说明及其线性有限元分析

3.1工况概况

3.2自然条件

3.2.1气象条件

3.2.2地质条件

3.3冷却塔基本参数

3.4有限元建模

3.5载荷说明

3.6冷却塔内力分析

3.6.1国外风压规范下壳体内力分布

3.6.2国内外两种规范的对比

3.7线性稳定性分析

3.8本章小结

4自然通风冷却塔非线性有限元分析

4.1混凝土材料本构关系

4.2线性与非线性本构关系的内力比较计算

4.3 28倍标准风压作用时塔身的内力比较

4.4本章小结

5自然通风冷却塔非线性稳定性分析

5.1 ANSYS中非线性稳定性分析的主要命令

5.2非线性稳定性分析

5.2.1Kent-Park模型

5.2.2理想弹塑性模型

5.3本章小结

6结论与展望

参考文献

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