Workbench风管抗震计算
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1 前言
力学组人员基本都是用ANSYS进行抗震计算，之前笔者有个项目需要对风管进行抗震计算，委托他们完成了这部分工作。本案例笔者尝试用Workbench进行抗震计算，并与他们的计算结果进行对比。
2 建模计算
在workbench建立如下项目组合，内容为A：几何模型；B：静力分析；C：模态分析；D：地震响应谱分析；E：工况组合分析。由于抗震计算需考虑的载荷包括自重、内压、地震各载荷的线性叠加，因此在workbench中可以通过Design Assessment来实现工况的组合计算（可参阅笔者之前写的案例，点及文末“阅读原文”查看）。
图1 workbench计算分析项目建立
建立如下的风管模型，采用SHELL181壳单元（风管）和BEAM181（支架）梁单元，这是workbench默认的单元类型。建模时，支架的线体模型和风管的壳体模型连接位置用绑定接触，支架生根处用固定约束。鉴于保密要求，风管支架的具体尺寸不予说明。
图2 风管支架模型
静力分析施加重力和内压载荷，如图3所示。
图3 静力分析施加载荷
由于模态分析是在静力分析基础之上，相当于有预应力的模态分析。前六阶固有频率如下表，可查看模态分析项目下的solution information，各方向自由度的质量参与系数在第六阶时已超过90%（如图4），因此取前6阶模态足够。可以看出，第一阶固有频率小于地震截止频率（33Hz），因此应该采用反应谱法来计算，这是一种近似的动力分析方法，将所在地区的地震反应谱作为激励载荷输入。
表1 风管固有频率
图4 质量参与系数（x向位移）
地震反应谱分析，反应谱为加速度谱（m/s2），水平方向施加图5所示反应谱，垂直方向施加图6所示反应谱。
图5 水平方向反应谱
图6 垂直方向反应谱
工况组合按如下设定，即考虑静力（自重和内压）和地震（反应谱）载荷的叠加。一次薄膜应力计算结果如图8，一次薄膜应力+一次弯曲应力计算结果如图9。
图7 工况组合设置
图8 一次薄膜应力
图9 一次薄膜应力+一次弯曲应力
特别补充
力学组在进行抗震计算时采用了等效静力法，通常这中方法用在第一阶固有频率大于地震截止频率的情况，在该案例中，采用这种方法将更加保守。SSE地震取OBE地震的2倍，水平方向加速度取1.91g，垂直方向加速度取0.53g，作为等效静载荷施加在模型上，等效静力法载荷施加结果如图10所示（其中加速度D是三个方向矢量和的模）。
图10 等效静力法载荷
等效静力法一次薄膜应力和一次薄膜应力+一次弯曲应力结果分别如图11和图12所示。可以看出，相比于反应谱法，等效静力法的结果保守了很多。
图11一次薄膜应力
图12一次薄膜应力+一次弯曲应力
等效静力法Workbench和ANSYS计算结果对比如图13所示，可以看出结果相近。
图13 Workbench和ANSYS计算结果对比
写在最后的话
在ANSYS中，获取薄膜应力和薄膜应力+弯曲应力，分别通过shell,mid和shell,top来实现（请教力学组），笔者认为在workbench里面应该是通过修改结果中的Scope Position来设置，如下图，但是不确定。不知读者中哪位大神可以解释一下workbench中如何获得这两种应力结果，因为这是规范里面的评定对象，可直接给我留言。
图14 薄膜应力（左）和薄膜应力+弯曲应力（右）
