新型干式煤氣柜結構風振響應研究

【摘要】：鋼鐵工業(yè)是國家經濟建設中能源消耗最大的行業(yè)，新型干式煤氣柜在節(jié)約能源和保護環(huán)境上發(fā)揮著重大作用，但是其風振理論沒有得到相應的發(fā)展，至今還沒有建立一套通用的大型煤氣柜的風荷載和風振響應的理論。因此有必要對煤氣柜結構的風壓分布和風振響應等方面進行深入研究。本文圍繞煤氣柜結構的風壓分布和風振響應，主要開展了以下工作： （1）煤氣柜結構表面風壓的數(shù)值模擬。闡述了計算流體動力學的基本原理，利用大型流體計算軟件對煤氣柜結構進行數(shù)值風洞模擬，獲得了煤氣柜平均風壓系數(shù)的分布情況，為本文煤氣柜風振響應計算提供基礎。 （2）煤氣柜結構的動力特性分析。采用大型有限元軟件建立了煤氣柜結構精細有限元模型，計算了考慮活塞運動的動力特性分析，獲得了煤氣柜的頻率和振型分布情況。并研究了煤氣柜內壓對動力特性的影響，發(fā)現(xiàn)煤氣內壓對殼體振動影響較大。 （3）煤氣柜結構頻域風振響應分析。闡明了計算風振響應的頻譜分析法的基本原理。根據(jù)數(shù)值風洞模擬結果和基于準定常假定下，本文自編頻譜分析法的程序，采用CQC法、虛擬激勵法和SRSS法進行了煤氣柜柜體動力響應的頻譜計算，得到位移響應根方差、峰值因子和響應功率譜的分布情況，發(fā)現(xiàn)本文煤氣柜的共振現(xiàn)象并不明顯。分析了參振模態(tài)數(shù)量、模態(tài)交叉項對風振響應的影響，表明模態(tài)交叉項的影響不可忽略。分析了基本風壓、地貌類型和阻尼比等因素對峰值因子的影響。最后研究了考慮內壓影響的風振響應，發(fā)現(xiàn)不考慮內壓影響時脈動風響應會偏大。 （4）煤氣柜結構時域風振響應分析。給出了諧波合成法模擬煤氣柜表面風速時程的計算方法，驗證了諧波合成法能夠較好地模擬該結構的脈動風時程。進行了有限元動力時程響應分析，得到了煤氣柜位移響應的平均值和脈動值。通過計算給出了結構各高度處的位移風振系數(shù)分布，并分析了活塞位置、基本風壓、地貌類型和阻尼比等因素對位移風振系數(shù)的影響，綜合分析這些因素，對于A、B、C和D類地貌，本文建議整體風振系數(shù)分別取為1.8、1.9、2.0和2.4。最后進行了頻域與時域風振響應的對比分析，以驗證本文編寫的程序及其有限元時程響應分析的正確性。 【關鍵詞】：風振響應 風振系數(shù) 煤氣柜 頻域分析法 時域分析法
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TF301
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 緒論9-19
• 1.1 引言9
• 1.2 新型干式煤氣柜簡介9-12
• 1.2.1 新型干式煤氣柜組成部分簡介9-12
• 1.2.2 新型干式煤氣柜的工作原理12
• 1.3 結構風荷載的主要特性12-16
• 1.3.1 縱向脈動風速譜13-14
• 1.3.2 脈動風速的相關性14-16
• 1.4 煤氣柜結構風振響應研究現(xiàn)狀16-17
• 1.5 本文研究目的和內容17-19
• 1.5.1 研究目的17-18
• 1.5.2 研究內容18-19
• 2 新型煤氣柜結構風荷載數(shù)值模擬研究19-31
• 2.1 引言19
• 2.2 計算流體動力學（CFD）概述19-20
• 2.2.1 計算流體動力學定義19
• 2.2.2 CFD 技術在建筑風工程上的應用19-20
• 2.3 流體動力學基本控制方程20-22
• 2.3.1 質量守恒方程20
• 2.3.2 動量守恒方程20-21
• 2.3.3 能量守恒方程21-22
• 2.4 流體流動控制方程的離散和求解22-23
• 2.4.1 控制方程離散化的目的22
• 2.4.2 有限體積法22
• 2.4.3 離散方程的數(shù)值求解22-23
• 2.5 三維湍流數(shù)值模型23-25
• 2.5.1 雷諾平均維納-斯托克方程23-24
• 2.5.2 三維湍流數(shù)值模型分類24-25
• 2.6 煤氣柜結構風荷載數(shù)值模擬25-29
• 2.6.1 煤氣柜計算模型的建立25-26
• 2.6.2 數(shù)值模擬結果分析26-29
• 2.7 本章小結29-31
• 3 新型煤氣柜結構的動力特性分析31-41
• 3.1 引言31
• 3.2 模態(tài)分析概述31
• 3.3 煤氣柜有限元模型31-32
• 3.3.1 建立煤氣柜有限元模型的簡化和假設31-32
• 3.3.2 三維有限元模型的建立32
• 3.4 煤氣柜結構模態(tài)分析（不考慮內壓）32-38
• 3.4.1 柜體在活塞高位狀態(tài)下的振型和頻率32-34
• 3.4.2 柜體在活塞中位狀態(tài)下的振型和頻率34-36
• 3.4.3 柜體在活塞低位狀態(tài)下的振型和頻率36-38
• 3.5 考慮內壓影響的煤氣柜模態(tài)分析38-39
• 3.6 本章小結39-41
• 4 新型煤氣柜結構頻域風振響應分析41-63
• 4.1 引言41
• 4.2 頻譜分析法的基本原理41-47
• 4.2.1 風壓譜與風速譜準定常關系41-42
• 4.2.2 模態(tài)疊加法求解運動方程42-43
• 4.2.3 基于 CQC 法和 SRSS 法的響應譜計算43-45
• 4.2.4 基于虛擬激勵法的響應譜計算45-47
• 4.3 風振響應計算及計算程序編制47-48
• 4.3.1 響應均方根47
• 4.3.2 峰值因子47
• 4.3.3 CQC 法和虛擬激勵法計算程序的編制47-48
• 4.4 煤氣柜結構的風振響應分析48-61
• 4.4.1 參振模態(tài)數(shù)量以及模態(tài)交叉項的影響48-54
• 4.4.2 頻域內結構風振響應分析54-58
• 4.4.3 煤氣柜風振響應的參數(shù)分析58-60
• 4.4.4 考慮內壓的風振響應分析60-61
• 4.5 本章小結61-63
• 5 新型煤氣柜結構時域風振響應分析63-89
• 5.1 引言63
• 5.2 基于脈動風速譜的風荷載時程模擬63-68
• 5.2.1 風的基本特性64-65
• 5.2.2 諧波合成法65-68
• 5.2.3 準定常假定68
• 5.3 結構動力時程分析理論68-72
• 5.3.1 結構運動方程的求解68-70
• 5.3.2 時間步長的選取70
• 5.3.3 阻尼矩陣的建立70-72
• 5.4 煤氣柜空間脈動風場模擬72-74
• 5.5 煤氣柜結構的時域風振響應分析74-84
• 5.5.1 結構響應時程分析74-82
• 5.5.2 位移風振系數(shù)參數(shù)分析82-84
• 5.6 頻域與時域風振響應對比分析84-86
• 5.7 本章小結86-89
• 6 結論與展望89-91
• 6.1 本文工作總結與結論89-90
• 6.2 未來研究工作的展望90-91
• 致謝91-93
• 參考文獻93-96

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