[发明专利]地基-储罐-液体耦合模态的数值简化计算方法

摘要

本发明提供了一种地基‑储罐‑液体耦合模态的数值简化计算方法，属于耦合模态数值计算方法领域，建模简单，模型求解规模小，有效节省储存空间，计算速度快。本发明的数值简化计算方法包括：步骤一：建立基于轴对称谐波单元的二维有限元模型；步骤二：设置边界条件；步骤三：进行模态分析，得到模态分析结果。本发明可用于大型储罐的地基‑储罐‑液体系统模态分析。

主权项

1.地基‑储罐‑液体耦合模态的数值简化计算方法，其特征在于，具体步骤包括：步骤一：建立基于轴对称谐波单元的二维有限元模型以储罐过轴线的剖面为研究对象，利用二维轴对称谐波单元，赋予罐体、液体及地基三部分材料参数，建立地基‑储罐‑液体系统的二维有限元模型；步骤二：设置边界条件(1)在液体表面单元节点添加重力弹簧；(2)液体单元与罐壁单元之间进行径向自由度耦合，液体单元与罐底板单元进行竖向自由度耦合；(3)地基底部节点全部固定约束；步骤三：进行模态分析，得到模态分析结果(1)指定缩减模态提取方法并进行扩展；(2)设置重力加速度，施加方向为竖向Y向；(3)定义储液单元上节点的主自由度；(4)指定谐波加载项；(5)求解基本方程，得到地基‑储罐‑液体系统的各阶固有频率；步骤一中，利用ANSYS软件中的谐波轴对称单元，PLANE25轴对称谐波结构实体单元模拟地基，SHELL61轴对称谐波结构壳体单元模拟罐体，FLUID81轴对称谐波容器流体单元模拟储液，并根据储罐工程设计尺寸及材料参数，建立地基‑立式圆柱形储罐‑液体系统的二维有限元模型；步骤三(5)为无阻尼模态分析，求解的基本方程为：式(1)中，[K]是系统的刚度矩阵，[M]是系统的质量矩阵，是第i阶模态的振型向量，ω_i是第i阶模态的固有频率，是特征值。