随着气柜的大型化，风荷载也随之增大，因此风荷载作用下气柜的安全性检验就显得尤为重要。风荷载作用下结构变形和应力的计算，与结构的动力特性有相当大的关系，因此需要准确把握结构动力特性。本文对气柜进行了模态分析，根据模态分析得到气柜的自振周期，然后计算气柜风振系数，并在此基础上对结构进行数值计算。
模态分析是以振动理论为基础、以模态参数为目标的分析方法。它是研究系统物理参数模型、模态参数模型和非参数模型的关系，并通过一定手段确定这些系统模型的理论及其应用的一门学科，其主要分为线性模态分析、非线性模态分析、理论模态分析和实验模态分析。
模态分析用于确定设计结构的振动特性——固有频率和振型，从结构的固有频率可以推知结构的刚度特性。对于一般结构，各阶固有频率应远离其工作频率，或工作频率不应落在各阶模态的半功率带宽内，因此精确计算结构的自振频率，可避免结构在动荷载下发生共振。各阶固有频率对应的固有振型可确定结构动力参与系数的大小，同时固有振型可衡量结构质量与刚度是否匹配。因此，模态分析在结构设计中有着举足轻重的作用。
模态分析属于线性分析，只有线性行为是有效的，因此其动力学方程式为
[ M ] {U && } + [ K ] {U }=0（3－1）
其中：[ M ]—质量矩阵，[ K ]—刚度矩阵，[U ]—位移列矩阵，[U && ]—加速度列矩阵；
式（3－1）中左边第一项表示惯性力，第二项表示弹性恢复力。设方程（3－1）的解为
{ x (t )} = { X }sin(sin ω t+ φ)（3－2）
{ } { }2x (t ) = ω X sin(ω t+φ)&&{ }2= ω x (t )（3－3）式中{ X }—体系的振动幅值向量，φ —初相角；将式（3－2）和式（3－3）代入式（3－1），得2([ K ] ω[ M]){Φ } = 0（3－4）
其中：ω —结构自振频率，[φ ]—振型向量；其特征值行列式为[ ] [ ]2K ωM=0（3－5）解（3－5）式可得结构的各阶频率，把 ωj代入（3－4）式可以求解其所对应的振型{Ф}j。振型{Ф}j为一组向量，各元素大小可以不一样，但是其比值是不变的，在模态分析中，一般将振型向量{Ф}j关于质量矩阵归一化，即：{ } [ ]{ } 1Tj jΦ MΦ =（3－6）
从而使{Ф}j中各元素成为确定的值，以便于问题的处理。
行业资料