03焦炭塔設(shè)備模態(tài)分析

1、焦炭塔設(shè)備模態(tài)分析1、問(wèn)題描述焦炭塔的結(jié)構(gòu)尺寸如圖所示。容器規(guī)格為6400x30975m,塔體總共分為4部 分：球形封頭，上、下筒體和錐形封頭；兩個(gè)區(qū)域：泡沫段和焦炭段。泡沫段筒體壁 厚為18m m,充焦段筒體壁厚為22 m m,卜筒體與錐形封頭過(guò)渡段半徑為3200 m m, 壁厚為22m m,上封頭為半球形，內(nèi)半徑為3200 m m,壁厚為18 m m,整個(gè)塔體由 裙座支撐。筒體出多個(gè)筒節(jié)焊接而成，錐形封頭出一筒節(jié)卷焊而成。塔體主體材質(zhì)為 20g,裙座圈板為20g,焊縫材料為j427,塔體的彈性模量為1.824859ellpa，密度為 7.85e3kg/m3,泊松比為0.3；焦炭的彈性模量為

2、4.20e8pa,密度為0.8e3kg/m3,泊松比 為 0.3 o2、問(wèn)題分析水力除焦器入口由于塔體壁厚遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于塔體內(nèi)徑，可將問(wèn)題適當(dāng)簡(jiǎn)化。在建立有限元模型時(shí)，塔采 用四節(jié)點(diǎn)的shell63單元,焦炭采用solid45單元，這樣模型在滿足精度要求的 情況下將得到簡(jiǎn)化。在建模時(shí)，先建立塔的關(guān)鍵點(diǎn)，連接關(guān)鍵點(diǎn)得到塔壁線，再 通過(guò)旋轉(zhuǎn)得到塔的幾何模型，然后指定線的劃分份數(shù)，將塔 的兒何模型，轉(zhuǎn)換為有限元模型；生成焦炭的模型是通過(guò)先 生成面單元，然后將面單元延仲成體單元。在有限元計(jì)算時(shí)，基礎(chǔ)視為剛體，將與基礎(chǔ)連接的裙支座 單元的x, y, z三個(gè)自由度全部約束3、分析過(guò)程1、環(huán)境設(shè)置(1) 以交互模

3、式進(jìn)入ansys,在總路徑下建立子路徑，工作文件名取為wb03(2) 設(shè)置標(biāo)題：執(zhí)行 utility menu>change title 命令，彈ill change title 命令， 輸入wb03 ,單擊ok按鈕，關(guān)閉對(duì)話框。(3) 初始化設(shè)計(jì)變量：執(zhí)行 utility menu>paramerters>scalar paramerters 命令,彈出scalar paramerters對(duì)話框，輸入數(shù)據(jù)。scalar parametersitemsloe.h =16000low1t = 34omega =1.5outlet h =5452outlets =1000qu n

4、.h =2850ta.可=3200up_h =5000up_t =30selectionacceptdeleteclosehelp2、定義單元材料(1) 定義單元類型：執(zhí)行 main menu>preprocessor>element type>add/edit/delete 命令，彈出 elementtype對(duì)話框，單擊add按鈕，彈出單擊ok按鈕，退回至element type對(duì)話框，定義號(hào)材料:qlibrary of element typeslibrary of dee ent typtselggt typ< r«f«r«nc

5、71;apply話框:structural btsslinkshtllsolid-shell constrainthypwlyticquad 4node <nod« 8nod 8nodaxi*har inodebrx ck 8node45ick 8node 45cgcel（2）定義1號(hào)材料屬性：執(zhí)行 main menu>preprocessor>material props> material model 命令，彈出如下對(duì)(3)雙擊 isotropic 標(biāo)識(shí):單擊ok按鈕，彈出如下對(duì)話框:（4）定義2號(hào)材料屬性:用同樣的方法定義2號(hào)材料屬性，ex為4.20e8

6、, prxy為0.3, dens為0.8e3。（5）定義實(shí)常數(shù)號(hào)1屬性:執(zhí)行 main menu>preprocessor>real constants>add/edit/delete 命令，彈出 realconstants對(duì)話框，單擊add,選擇typel,單擊ok按鈕，彈出如下對(duì)話框：再用同樣的方法定義實(shí)常數(shù)號(hào)2屬性，tk （i） =up_to3、創(chuàng)建模型1）建立塔的兒何模型（1）打開(kāi)關(guān)鍵點(diǎn)、線以及面號(hào)碼顯示開(kāi)關(guān)：執(zhí)行 main menu>plotctrls>numbering 命令，打開(kāi)對(duì)話框:(2) 生成塔壁關(guān)鍵點(diǎn)：執(zhí)行 main menu>prep

7、rocessor>modeling>create>keypoingts>in active cs 命令, 彈出下列對(duì)話框，在npt中輸入1,坐標(biāo)為(outlet_r,0,0), 單擊apply按鈕，生成 關(guān)鍵點(diǎn) 1,再依 次輸入 2 ( ta_r,outlet_h,0 ),3( ta_r,outlet_h+low_h,0 ) ,4 (ta_r,outlet_h+low_h+up_h,0 ) ,5 (ta_r,outlet_h-qun_h,0 ),6( 0,outlet_h+low_h+up_h,0 ) ,7 (0,outlet_h+low_h+up_h+ta_r,0)

8、1000 (0,0,0)執(zhí)行 main menu>preprocessor>modeling>create>lines> lines>in active cooder命令，彈出對(duì)話框，選中編號(hào)為1、2的兩點(diǎn)，生成線段1,再選擇點(diǎn)2、3,生成線段2,再選擇點(diǎn)3、4,生成線段3,再選擇點(diǎn)2、5,生成線段4,單擊ok。1linesline numansysmar 22 2013 19:00:17(4) 生成塔頂線:執(zhí)行 main menu>preprocessor>modeling>create>lines> arcs>by e

9、nd kps& rad 命令，選取圓弧端點(diǎn)4和7,單擊apply按鈕，選取點(diǎn)6,用于控制圓弧中心方向， 單擊apply按鈕，彈出對(duì)話框：(5) 旋轉(zhuǎn)生成塔體：執(zhí)行 main menu>preprocessor>modeling»operate>extude> lines >aboutaxis命令，彈岀對(duì)話框，輸入要旋轉(zhuǎn)的線“1,2,3,5”，單擊apply按鈕，彈出對(duì)話框, 輸入旋轉(zhuǎn)軸關(guān)鍵點(diǎn)"1000,6",單擊ok。彈出sweep lines about axis對(duì)話框，單擊ok。同理，將4號(hào)線繞1000和6關(guān)鍵點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，生成

10、如下幾何模型：areasarea numansysmar 22 2013 19:05:11a1518a2a142) 建立塔的有限元模型(1) 為劃分塔的兒何模型，使z成為能用于計(jì)算的有限元模型，應(yīng)先選 定各條線然后設(shè)定齊線的劃分分?jǐn)?shù)：執(zhí)彳亍 utility menu> select>entities 命令，彈hl對(duì)話框，彈hl select entities 對(duì)話框,在下拉框中選擇 lines> by location、y coordinates> from full,在 min,max 一欄中輸入“(t,單擊apply按鈕，同理，將from full改為also se

11、lect,在min,max 一欄屮輸入“outlet_hqun_h”，單擊apply按鈕，再在min,max 一欄屮輸入u outlet_h, outlet_h+low_h, outlet_h+low_h+up_h",單擊 ok。(2) 設(shè)定上步選擇的線劃分份數(shù)：執(zhí)行 main menu>preprocessor>meshing>size cntrls>manualsize>lines >a11 lines,彈出劃分分?jǐn)?shù)對(duì)話框：（3）激活y軸為坐標(biāo)軸的柱坐標(biāo)系：執(zhí)行 utility menu>workplane>change activ

12、e cs to >global cylindrical y 命令。（4）參照建立塔的有限元模型的stepl,以坐標(biāo)系選取直線：執(zhí)行 utility menu> select>entities 命令，彈出對(duì)話框，彈出 select entities 對(duì)話框， 在下拉框中選擇 lines> by location 、x coordinates> from full,在 min,max 欄中輸 入"outlet_i*+0.001,ta_0.001'',單擊 apply 按鈕，重新設(shè)定 lines> by location、z coordi

13、nates 、 also select, 在 min,max 一 欄 中 輸 入 uoutlet_h+low_h+0.001 ,outlet_h+low_h+up_h-0.001 單擊 apply 按鈕，在 min,max 一欄屮 輸入 “ outlet_h+low_h+up_h,outlet_h+low_h+up_h+ta_f',將 also select 改為 unselect,單擊 ok。（5）設(shè)定step4選擇的線劃分份數(shù)：重復(fù)步驟2,將ndiv設(shè)為12。（6）選擇線用于劃分網(wǎng)格：執(zhí)行 utility menu> select>entities 命令，彈出對(duì)話框，彈

14、出 select entities 對(duì)話框， 在下拉框中選擇 lines> by location、zcoordinates> from full,在 min,max 一欄中輸 入"outlet_hqunh+0.001,outlet_h0.001”，單擊 ok。（7）設(shè)定step6選擇的線劃分份數(shù)：重復(fù)步驟2,將ndiv設(shè)為8。（8）選擇線用于劃分網(wǎng)格：執(zhí)行 utility menu> select>entities 命令，彈出對(duì)話框，彈出 select entities 對(duì)話框， 在卜拉框中選擇 lines、by location、zcoordinates

15、from full,在 min,max欄中輸 入 aoutlet_h+0.001 ,outlet_h+low_h-0.001單擊 ok。（9）設(shè)定step8選擇的線劃分份數(shù)：重復(fù)步驟2,將ndiv設(shè)為40。（10）全選擇：執(zhí)行 utility menu>select>everything 命令。（11）選擇要?jiǎng)澐值拿妫簣?zhí)行 utility menu> select>entities 命令，彈出對(duì)話框，彈出 select entities 對(duì)話框， 在下拉框中選擇 areas> by location、z coordinates> from full,在 mi

16、n,max欄中輸 入 “0,low_h”，單擊 ok。(12) 指定將要?jiǎng)澐謫卧膶傩裕簣?zhí)行 main menu>preprocessor>meshing>mesh>attributes>default attribs 命令， 彈出對(duì)話框：(13) 指定劃分網(wǎng)格方式：執(zhí)行 main menu>preprocessor>meshing>mesher opts 命令，彈岀對(duì)話框：(14) 劃分網(wǎng)格：執(zhí)行 main menu>preprocessor>meshing>mesh> areas>mapped>3 or 4

17、 side 命令， 彈出對(duì)話框,單擊pick all按鈕，劃分網(wǎng)格：(15) 繼續(xù)選擇面:執(zhí)行 utility menu> select>entities 命令，彈出對(duì)話框，彈出 select entities 對(duì)話框， 在卜拉框中選擇 areas> by location、z coordinates> from full,在 min,max欄中輸 入"low_h+outlet_h,low_h+up_h+qun_h+outlet_h",單擊 ok。(16) 激活step 15選擇面對(duì)應(yīng)單元的屬性：執(zhí)行 main menu>preprocesso

18、r>meshing>mesh>attributes>default attribs 命令， 默認(rèn)情況下type為1 sheli 63,mat為1,修改real，并指定為2.。(17) 劃分塔體:執(zhí)行 main menu>preprocessor>meshing>mesh> areas>mapped>3 or 4 side 命令， 彈出對(duì)話框，單擊pick all按鈕，劃分網(wǎng)格：執(zhí)彳亍utility menu>select>everything命令，選中所有元索，然后執(zhí)彳亍執(zhí)行main menu>preprocesso

19、r>numbering ctrls>merge items 命令：執(zhí)行 main menu>preprocessor>numbering ctrls>compress numbers 命令，彈出compress numbers 對(duì)話框:3）建立焦炭?jī)汉文Ｐ秃陀邢拊Ｐ?（1）激活笛卡爾坐標(biāo)系：執(zhí)行 utility menu>workplane>change active cs to >global cartesian 命令。（2）建立關(guān)鍵點(diǎn)：執(zhí)行 main menu>preprocessor>modeling>create>

20、;keypoingts>in active cs 命令, 彈出下列對(duì)話框,在npt中輸入1000,輸入坐標(biāo)（0,outlet,0）單擊ok。（3）由關(guān)鍵點(diǎn)生成而：執(zhí)行 main menu>preprocessor>modeling>create> areas>arbitrary>through kps 命令，對(duì)話框中選取1001,13,17關(guān)鍵點(diǎn)，單擊apply按鈕，對(duì)話框中選取1001,17,2 關(guān)鍵點(diǎn)，單擊apply按鈕，對(duì)話框中選取1001,2,9關(guān)鍵點(diǎn)，單擊apply按鈕，對(duì)話框 中選収1001,9,13關(guān)鍵點(diǎn)，單擊ok按鈕。（4）選擇將要?jiǎng)澐?/p>

21、網(wǎng)格的面：執(zhí)行 utility menu> select>entities 命令，彈出對(duì)話框，彈出 select entities 對(duì)話框, 在下拉框中選擇 areas> by location 、 y coordinates 、 from full,在 min,max 欄中 輸入 “outletjt,單擊 ok。（5）劃分而網(wǎng)格：執(zhí)行 main menu>preprocessor>meshing>mesh> areas>mapped>3 or 4 side 命令， 彈出對(duì)話框，單擊pick all按鈕，劃分網(wǎng)格。（6）設(shè)定單元屬性：執(zhí)彳亍

22、 main menu>preprocessor>meshing>mesh>attributes>default attribs 命令， 默認(rèn)情況下type為2 solid 45,mat為2。（7）設(shè)置延仲操作選項(xiàng)：執(zhí)行 main menu>preprocessor> modeling>operate>extrude>elem ext opts 命令， 出現(xiàn)如下對(duì)話框：(8) 將面網(wǎng)格延伸體網(wǎng)格:執(zhí)行 main menu>preprocessor> modeling>operate>extrude> are

23、as>by xyzoffset命令，彈出面選擇對(duì)話框，單擊pick all按鈕，彈出延伸操作對(duì)話框：(9) 設(shè)置延伸操作選項(xiàng):執(zhí)行 main menu>preprocessor> modeling>operate extrude>elem ext opts 命令,出現(xiàn)如下對(duì)話框:(10) 選擇要延伸的面：執(zhí)行 utility menu> select>entities 命令，彈出對(duì)話框，彈出 select entities 對(duì)話框， 在卜拉框中選擇 areas> by location、y coordinates> from full,在

24、min,max欄中 輸入 uoutlet_h,?,單擊 ok。(11) 將面網(wǎng)格延伸體網(wǎng)格：執(zhí)行 main menu>preprocessor> modeling>operate>extrude> areas>by xyz offset命令，彈岀面選擇對(duì)話框，單擊pick all按鈕，彈出延伸操作對(duì)話框：(12) 全選擇:執(zhí)行 utility menu>select>everything 命令，選中所有元素。(13) 合并元素并壓縮編號(hào)：執(zhí)行 main menu>preprocessor>numbering ctrls>merg

25、e items 命令，label 中選擇 all,單擊 ok。執(zhí)行 main menu>preprocessor>numbering ctrls>compress numbers 命 令，彈岀compress numbers對(duì)話框，label屮選擇all,單擊ok。（14）通過(guò)面號(hào)選擇面：執(zhí)行 utility menu> select>entities 命令，彈出對(duì)話框，彈出 select entities 對(duì)話框， 在下拉框中選擇areas、by num/pick,在min,max, inc 欄中輸入“17,20,1”,單擊 oko（15）反選面：執(zhí)行 util

26、ity menu> select>entities 命令，彈出對(duì)話框，彈出 select entities 對(duì)話框， 在下拉框中選擇areas> by num/pick,在from full前打鉤，單擊invert按鈕，單擊 ok按鈕，彈出對(duì)話框，單擊ok按鈕。（16）反轉(zhuǎn)而的法線：執(zhí)行 main menu>preprocessor> modeling>move/modify>reverse normals>of areas命令，單擊pick all按鈕，彈出對(duì)話框:4、施加約束:（1）選擇要施加約束的點(diǎn)：執(zhí)行 utility menu>

27、select>entities 命令，彈出對(duì)話框，彈出 select entities 對(duì)話框, 在下拉框屮選擇 nodes、by location、y coordinates from full,在 min,max欄屮 輸入 “ outlet_hqun_h",單擊 ok。（2）施加約束：執(zhí)行 main menu>preprocessor> loads >define loads>apply>structural> displacement>on nodes命令，單擊"pick all”按鈕。彈出對(duì)話框：fll apply u

28、, rot on nodesd apply displacements (lf? rot) on nodeslab2 dofs to be constrainedi£ constant value then：valuedisplacement value(3) 全選擇:執(zhí)行 utility menu>select>everything 命令，選中所有元素。(4) 顯示有限元模型：執(zhí)行 utility menu>plot>elements 命令，顯示單元；執(zhí)行 utility menu>plotctrlsrotate命令，彈til pan-zoom-rot

29、ate對(duì)話框，單擊iso,再單擊close按鈕。5、加載與求解(1)設(shè)置分析類型:執(zhí)行 main menu> solution>analysis type>new analysis 命令，彈岀 newanalysis對(duì)話框:antype type o£ analysis<? jloddl j' harmonicf eigen buckling（2）設(shè)置模態(tài)分析選項(xiàng)：執(zhí)彳亍 main menu> solution>analysis type>analysis options 命令，彈出模態(tài)分析 對(duì)話框，選擇subspace方法，no.of modes設(shè)定為10, nmode設(shè)定為10, elcalc選 擇為yes, lumpm選擇為yes,單擊ok。出現(xiàn)subspace modes analysis對(duì)話框，在 freqe處輸入100o（3）設(shè)置重力加速度：執(zhí)行mainmenu>solution>defineloads>apply>structu