对于威金斯气柜,我国最早依据梁板理论进行设计,将“立柱”作为主要受力构件而将圆柱壳仅作为维护构件,没有充分考虑圆柱壳的承载能力。这种方法过于保守、造成了材料大量的浪费。目前在设计中通常将柜体简化成上端自由,下端固定的加劲薄壳,并按由薄壳理论推导出的简化计算公式进行内力计算,同时采用折算厚度法把圆柱壳的环向加劲肋和竖向加劲肋折算成圆柱壁壳的厚度进行计算。这种简化计算方法不但不能从气柜整体去研究气柜结构受力性能而且与实际结构有很大的差距,很难反映气柜的真实受力状况。
鉴于此,本文以薄壳理论为依据,采用有限元软件 ANSYS 对威金斯气柜进行系统的数值分析,并探究加劲肋对结构体系受力性能的影响。
具体工作包括以下方面:
1. 运用 ANSYS 软件中的参数化设计语言 APDL 实现了参数化建模,其中包括荷载的施加与求解以及后处理和结果的显示。将建立的威金斯气柜模型所需的控制尺寸参数化,通过改变这些参数的数值,为建立不同形状的威金斯气柜模型提供了方便。
2. 对气柜进行模态分析,找出气柜的自振特性和自振周期。由气柜自振周期计算威金斯气柜的风振系数,给气柜施加随高度和环向角度变化的风荷载,来分析风荷载单独作用下的气柜的变形和内力。
3. 分析比较不同结构形式的气柜在自重、雪荷载、气压分别单独作用下气柜的变形和内力,研究气柜竖向加劲肋和环向加劲肋对结构承载力的影响;分析活塞在气压作用下的变形和内力,通过对气柜圆柱壳和活塞的静力分析,找出气柜在各种荷载作用下的应力分布。
4. 对气柜圆柱壳和活塞进行特征值屈曲分析,找出气柜屈曲形式及加劲肋合理的布置形式,从而对气柜进行合理优化。研究在不同倾斜度、不同初始缺陷对活塞的屈曲承载力的影响。