大型冷卻塔流固耦合分析與結(jié)構(gòu)縮減模型應(yīng)用研究.pdf

1、大型冷卻塔廣泛地應(yīng)用于電力等各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。由于冷卻塔本身是大尺寸、幾何復(fù)雜的薄壁結(jié)構(gòu)，因此風(fēng)荷載成為主要的控制載荷。目前對(duì)于大型冷卻塔的風(fēng)致響應(yīng)主要基于規(guī)范的風(fēng)壓分布系數(shù)、風(fēng)洞測(cè)試和計(jì)算流體力學(xué)分析。但是這些方法很少考慮結(jié)構(gòu)變形對(duì)于風(fēng)載荷的影響，因此可能導(dǎo)致較大誤差。
　　本文首先提出基于壓力迭代方法來(lái)研究大型雙曲冷卻塔穩(wěn)態(tài)風(fēng)載下的結(jié)構(gòu)性能，同時(shí)以兩個(gè)冷卻塔為例考察了風(fēng)荷載作用下的群塔間相互的影響。計(jì)算表明，規(guī)范方法相對(duì)保守;外部

2、空氣流動(dòng)對(duì)塔體結(jié)構(gòu)的影響起控制作用;前塔對(duì)后塔的影響較大，而后塔對(duì)前塔的影響很小。其次，采用流固耦合方法分析非穩(wěn)態(tài)風(fēng)載下冷卻塔結(jié)構(gòu)響應(yīng)，在初始階段冷卻塔結(jié)構(gòu)受到?jīng)_擊，響應(yīng)較大，結(jié)構(gòu)順風(fēng)向響應(yīng)占主導(dǎo)作用。
　　在保證計(jì)算精度的前提下，如何提高分析效率是復(fù)雜結(jié)構(gòu)分析面臨的長(zhǎng)期挑戰(zhàn)。模型縮減近似技術(shù)為降低計(jì)算成本和提高設(shè)計(jì)效率提供了一條有效的途徑。本文研究了基于梁剛體元近似模型與基于柔度修正的結(jié)構(gòu)縮減模型，提出了弱流固耦合分析的近似方法

3、。三維圓柱殼結(jié)構(gòu)風(fēng)載荷下的動(dòng)力分析結(jié)果表明，基于兩種結(jié)構(gòu)模型的弱流固耦合方法結(jié)果比較一致，不考慮耦合作用誤差較大;與ANSYS的彈性流固耦合模型的分析結(jié)果也一致。另外，基于不同流體求解器所造成的差異還需要進(jìn)一步研究;對(duì)于考慮流固耦合影響下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，隨著風(fēng)速的升高，結(jié)構(gòu)頂部橫風(fēng)向位移峰值也呈非線性增大。
　　結(jié)構(gòu)優(yōu)化需要不斷對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行重分析，因此計(jì)算效率一直是大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)面臨的難點(diǎn)。本文基于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)構(gòu)造替代模型，提出了大型

4、冷卻塔風(fēng)載下抗風(fēng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的兩級(jí)優(yōu)化策略，先采用多島遺傳算法進(jìn)行全局尋優(yōu)，再利用序列二次規(guī)劃法進(jìn)行局部尋優(yōu)，以進(jìn)一步尋找更滿意的優(yōu)化解。在基于替代模型的兩級(jí)優(yōu)化中，第一級(jí)優(yōu)化采用規(guī)范方法進(jìn)行風(fēng)荷載計(jì)算以提高計(jì)算效率，得到初步的優(yōu)化解;第二級(jí)優(yōu)化中，以第一級(jí)優(yōu)化的結(jié)果作為初始設(shè)計(jì)點(diǎn)，采用精度更高的基于壓力迭代修正的結(jié)構(gòu)抗風(fēng)分析方法，并根據(jù)設(shè)計(jì)變量的重要性，在第一級(jí)優(yōu)化空間基礎(chǔ)上對(duì)第二級(jí)優(yōu)化的設(shè)計(jì)變量空間進(jìn)行適當(dāng)減縮。
　　最后，本文利

5、用結(jié)構(gòu)縮減模型對(duì)含局部非線性問(wèn)題的結(jié)構(gòu)問(wèn)題進(jìn)行了探索。對(duì)帶有局部非線性阻尼構(gòu)件的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)縮減模型不能直接處理。因此本文在基于柔度修正的模型縮減方法基礎(chǔ)上，考慮非線性阻尼構(gòu)件對(duì)主體結(jié)構(gòu)的影響，提出了一種快速的局部非線性動(dòng)力求解方法。
　　通過(guò)計(jì)算表明，該方法具有很高的精度和效率，同時(shí)該方法能考慮阻尼器構(gòu)件的失效對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響。適當(dāng)控制阻尼器最大失效變形和最大失效軸力，能在安裝阻尼器構(gòu)件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步保護(hù)主體結(jié)構(gòu)。