基于ACT的载液卧罐地震响应谱分析

响应谱分析是一种将模态分析的结果与一个已知的谱联系起来计算模型的位移和应力的分析技术，主要用途是代替瞬态动力学(时程法)，快速得到结构在时程下的峰值响应。该方法快速，简便，缺点是结果保守。因此在地震荷载作用下大型结构的设计中常使用响应谱分析，以保证有足够的安全系数，主要用于地震、风载、海洋波浪、航空航天系统中的发动机推力载荷条件。

问题描述

某载有液体的卧罐如下同所示，计算在水平方向的地震加速度响应谱作用下整个结构的响应情况。

整个卧罐采用同一种材料制造，其参数如下：

弹性模量：E=206GPa

密度：p=7850kg/m³

泊松比：μ=0.3

液体为纯净水，其参数如下：

密度：p=1000kg/m³

水中声速：1500m/s

                                                                                           卧罐模型

分析说明

分析流场如下图所示，加载ACT的声学插件，导入分析所需模型。通过填充、切片等操作，生成液体模型。用from new part将卧罐与液体合成一个整体。

                                                                               响应谱分析流程

分析过程

模态分析：

首先进行网格划分，在model中，设置网格尺寸，采用hex dominant 方法划分网格，结果如下：

                                                                                      卧罐有限元模型

                                                                                      液体有限元模型

在Modal的Analysis Settings中，定义求解阶数为50，频率搜索范围为15~1e8Hz。

三个支座的地面添加固定约束：

选中液体模型设置其声学属性：

选择液体上表面为自由液面：

在Y轴正方向添加重力加速度为9.81m/s²，同时添加Unsymmetric Mode Extraction For Downstream Spectrum Analysis为后续响应谱分析做准备。

求解得到模态分析结果。

响应谱分析：

由于输入的响应谱应用于所有的固定自由度，故设置响应谱类型为单点响应谱：

施加加速度谱，方向为Y轴方向，数据如下(加速度谱仅作示意)：

求解得到响应谱分析结果(位移、速度、加速度)。

                                                                                      位移结果

                                                                                       速度结果

                                                                                加速度结果

对比载液卧罐与空罐的分析结果如下：

查看模型属性可以得到卧罐质量为1848kg，液体质量为6521kg，液体对卧罐的影响不可忽视。