基于NASTRAN分析的脱硫吸收塔动力特性、地震响应和抗震简化计算方法的研究

摘要

随着国家环保标准的提高，庞大的火电厂烟气脱硫产业从上世纪末开始应运而生，脱硫吸收塔则是该湿法工艺的核心设备，吸收塔的结构设计也就成为脱硫技术的核心内容之一.该类吸收塔的结构设计，目前尚无现成完全适用的设计规范可循，尤其是在地震作用计算方面缺乏必要的理论分析和指导，在很大程度上依赖于工程经验. 本文以某实际工程的脱硫吸收塔为例，运用大型有限元分析软件Patran/Nastran建立了烟气脱硫吸收塔的三维有限元分析模型，计算了该结构的固有动力特性，分析了结构的刚度分布特点和较多局部振动的原因.多遇地震下采用时程分析法进行了考虑浆液与不考虑浆液作用的弹性地震反应分析，比较了三种地震波作用下顶部最大水平位移、加速度、基底剪力以及塔身应力，通过对比分析浆液在地震中的作用是否可以忽略；罕遇地震下对最不利工况进行了弹塑性动力时程分析，计算结果表明其在罕遇地震下不会发生较大的塑性变形和强度破坏. 本文初步对本结构进行了抗震简化计算分析，提出了建立简化模型的原则，建立了相应的简化分析模型，并对其合理性进行了分析，最后对该脱硫吸收塔结构进行了屈曲分析，分别采用解析法和有限元法计算出了塔身各段壳体的临界承载力，并讨论了浆液在稳定计算中的影响，在采取合适的安全系数后与时程分析中相应部位的最大压应力进行对比，结果表明塔体在多遇地震下不发生失稳破坏，在罕遇地震下有一定的强度储备.

目录

文摘

英文文摘

论文说明：插图清单及表格清单

独创性声明及学位论文版权使用授权书

致谢

第一章绪论

1.1课题的背景及意义

1.2脱硫吸收塔设计国内外研究现状

1.2.1国外研究现状

1.2.2国内研究现状

1.3脱硫吸收塔结构体系的特点

1.4所用软件介绍以及本文研究的内容

1.4.1所用软件绍

1.4.2本文研究的主要工作

1.4.3本文的内容安排

第二章动力学基本理论及地震反应分析方法

2.1动力有限单元法的基本概念

2.2特征值问题的基本解法

2.3运动方程的解法

2.4地震反应分析方法

第三章脱硫吸收塔有限元计算模型的建立及动力特性的分析

3.1几何模型

3.2单元的选择及计算模型的建立

3.2.1脱硫塔壁单元选择

3.2.2加劲梁、喷淋层支撑梁以及喷淋管道单元选择

3.2.3分网基本原理

3.2.4计算模型的建立

3.2.5脱硫塔的边界条件

3.2.6脱硫塔单元的物理特性的设置

3.3模态分析

3.4.1模态分析概述

3.4.2模态计算结果

3.4.3脱硫吸收塔实体结构的动力特性分析结论

第四章脱硫吸收塔地震反应分析

4.1实际地震波记录的选取

4.2地震波的调整

4.3文章中所用地震波的选取

4.4NASTRAN瞬态响应等效阻尼设置

4.5多遇地震下响应计算结果

4.5.1顶部位移时程响应

4.5.2顶部加速度时程响应

4.5.3基底剪力时程响应

4.6考虑浆液作用脱硫吸收塔多遇地震作用下时程响应分析

4.6.1NASTRAN中对储有液体的壳体结构动力分析的方法

4.6.2考虑浆液作用的塔顶位移时程响应

4.6.3考虑浆液作用的塔顶加速度时程响应

4.6.4考虑浆液作用基底剪力时程响应

4.7应力计算结果

4.8响应分析结果比较

4.9各塔段壁厚分析

4.10支撑梁及各管道计算结果分析

4.11进口烟道计算结果分析

4.12罕遇地震下的非线性分析

4.12.1材料的非线性定义

4.12.2屈服准则

4.12.3罕遇地震下地震响应

第五章脱硫塔抗震简化计算

5.1简化模型的建立原则

5.2简化模型的建立步骤

5.3利用柔度法求解各段等效刚度

5.3.1柔度法简介

5.3.2利用柔度法确定的各段等效刚度

5.4 Rayleigh法求解各段等效刚度

5.4.1 Rayleigh法简介

5.4.2利用Reayleigh法确定的各段等效刚度

5.5简化模型自振频率的求解

5.6简化模型与三维实体模型的比较分析

5.6.1动力特性的比较

5.6.2时程分析响应的比较分析

5.7结论

第六章脱硫吸收塔的屈曲分析

6.1屈曲分析解析法

6.1.1经典圆柱壳体屈曲理论简介

6.1.2应用状态空间的基本理论建立的壳体屈曲问题状态方程

6.1.3考虑浆液作用时圆柱壳的屈曲分析

6.1.4开口圆柱壳状态方程的建立及其解答

6.1.5塔体各段屈曲极限承载力的解析解

6.2屈曲分析的有限元法——特征值屈曲载荷

6.3脱硫吸收塔结构各段时程压应力与极限承载力的对比

第七章结论与展望

参考文献