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《淺談群倉地震反應(yīng)的數(shù)值模擬》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、河南工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文群倉地震反應(yīng)的數(shù)值模擬姓名:高秀坤申請學(xué)位級別:碩士專業(yè):結(jié)構(gòu)工程指導(dǎo)教師:王錄民20070501摘要隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和生命線工程的廣泛延伸,在地震多發(fā)地區(qū)建造立筒群倉已經(jīng)勢在必行,筒倉抗震問題將越來越受到工程界和學(xué)術(shù)界的重視,然而其抗震性能的研究卻滯后。從現(xiàn)有的文獻(xiàn)來看,一般建筑物的抗震問題已經(jīng)不是一個(gè)新課題,國內(nèi)外學(xué)者提出了各自的分析方法,已經(jīng)形成了一定的理論體系,但群倉與單倉的動(dòng)力特性差異、尤其是貯料與倉擘的耦合作用機(jī)理尚不清楚。本文所研究的內(nèi)容與一般建筑物抗震問題有明顯的區(qū)別,這種差別主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:第一,本課題所考慮的不是單個(gè)建筑物,而是由
2、兩排單倉所組成的群倉;第二,考慮地震作用下倉內(nèi)貯料與倉壁的動(dòng)態(tài)耦合作用以及倉與倉之間的相互影響。本文首先應(yīng)用相似理論推導(dǎo)貯料和群倉結(jié)構(gòu)的模型相似律,為模型的數(shù)值模擬提供基本物理和幾何參數(shù);然后應(yīng)用離散元理論和顆粒流軟件對群倉模型進(jìn)行數(shù)值模擬,通過對不同時(shí)步(共100000時(shí)步)貯料的地震反應(yīng)對比分析,得到貯料在地震作用下的流態(tài)、貯料與倉壁的動(dòng)態(tài)耦合作用力、模型群倉的位移、速度分布規(guī)律;最后應(yīng)用有限元?jiǎng)恿Ψ治鲕浖?,得到地震作用下群倉不同部位測點(diǎn)的水平位移和加速度時(shí)程曲線、群倉的自振頻率和振型等。在此基礎(chǔ)上,本文探討了地震作用下顆粒體與筒倉、筒倉與筒倉之間的相互作用模式,得到群倉有別于單倉的
3、一些動(dòng)力特性,總結(jié)了一些有用的結(jié)論:(1)通過對不同時(shí)間的速度場和位移場分布的對比分析,發(fā)現(xiàn)地震激勵(lì)下貯料中存在一速度混沌區(qū),并且這一混沌區(qū)隨時(shí)間而上下移動(dòng),當(dāng)運(yùn)動(dòng)到漏斗后突然轉(zhuǎn)到倉頂,進(jìn)入下一輪的移動(dòng);對應(yīng)著速度混沌區(qū)的高度,倉壁也對應(yīng)出現(xiàn)了最大的動(dòng)態(tài)壓力;(2)簡倉內(nèi)的貯料作為一種散體,在地震作用下它的運(yùn)動(dòng)和倉體的運(yùn)動(dòng)不同步,存在相位差,因此貯料具有較強(qiáng)的耗能作用,但耗能效率隨時(shí)間變化很大;當(dāng)輸入的地震波頻率與結(jié)構(gòu)自振基頻相近時(shí),貯料自身的運(yùn)動(dòng)會(huì)加劇,彼此間碰撞激烈。在單向地震激勵(lì)下,群倉中貯料的位移、速度反應(yīng)整體上呈對稱分布,在各個(gè)單倉中開始階段貯料速度和位移關(guān)于倉體中心呈對稱分布
4、,雖時(shí)間不斷在圓周方向重新分布,分布的趨勢是在遠(yuǎn)離約束的貯料速度和位移反應(yīng)最大;群倉在窄倉的情況F結(jié)構(gòu)位移大于相同地震激勵(lì)情況F的滿倉結(jié)構(gòu)反應(yīng),反映出貯料對群倉結(jié)構(gòu)的阻尼作用比較明顯;(3)裝有曠料后,倉擘的位移存人部分時(shí)間內(nèi)變化率較小,倉體上=部貯料相對窄倉宋說遲緩了倉體的何移:結(jié)構(gòu)加速度變化頻率和振幅較空倉變化率平緩許多,反映了貯料與倉壁相乜動(dòng)念作用的結(jié)果,即倉體的加速度變化‘I妒’料層的加速度變化周期不川導(dǎo)致r倉體,曼化由空倉的有覘律向不覘律轉(zhuǎn)化,但總體的加速度趨勢仍是lF弦曲線;(4)對比群倉和單倉的模念分析表明,高頻徼勵(lì)(20HZ)F,群倉的第一二三血振型以平動(dòng)為主,四六七八振
5、型以扭轉(zhuǎn)為主,由f存在貯料的影響,低階振型的質(zhì)量參與系數(shù)都很低,從備振瓔的參與貢獻(xiàn)率分析,群倉以孚動(dòng)為主;而單倉低階振型的質(zhì)量參與系數(shù)很高;(5)當(dāng)群倉為宅倉時(shí),平動(dòng)振動(dòng)的第一自振周期為0.0067,當(dāng)裝料為半滿倉時(shí)第一乎動(dòng)周期為o.0108,滿倉時(shí)為0.0154,對比不同裝料程度的自振周期表明,隨群倉中裝料的增多,群倉的自振周期逐漸增人;單倉為空倉時(shí)的第一自振周期為0.0164,裝糧為半滿倉時(shí)的第一自振周期為0.0233,裝糧為滿倉時(shí)自振頻率為0.0313,對比單倉不同裝糧高度的第一自振周期表明,單倉中儲(chǔ)料越多,自振周期越大。(6)影響群倉自振特性的因素主要有裝糧高度、洞口的方向以及開
6、洞率、徑高比等等,本文主要考慮了裝糧高度對群倉自振頻率的影響。同時(shí)由于貯料在振動(dòng)過程中只提供質(zhì)量而不提供剛度,相同條件下的滿倉與窀倉相比,滿倉情況下的自振周期較大,而且隨著貯料的增加,其自振頻率降低越明顯;(7)相同儲(chǔ)料高度的單倉與群倉相比,單倉結(jié)構(gòu)以彎曲振型為主,群倉以剪切振型為主,群倉的自振周期明顯要小于單倉,這說明筒倉組合數(shù)的增加明顯地提高了結(jié)構(gòu)的剛度,顯著降低了群倉結(jié)構(gòu)的自振周期,地震作用下的振動(dòng)已經(jīng)由桿的運(yùn)動(dòng)向體的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化,在振瓔上表現(xiàn)為由彎曲型像剪切型轉(zhuǎn)化;本論文應(yīng)用顆粒流軟件從細(xì)觀力學(xué)角度模擬和分析了群倉中動(dòng)態(tài)壓力的分布規(guī)律以及散體物料的流動(dòng)狀態(tài),著蘑闡述了地震作用下群倉中
7、貯料與倉壁的動(dòng)態(tài)耦合作用以及群倉與單倉動(dòng)力特性的差異,本文的研究結(jié)論將為群倉的設(shè)計(jì)提供一定的參考價(jià)值。關(guān)鍵詞:群倉PFC3D動(dòng)態(tài)側(cè)壓力速度響應(yīng)振型本研究得到國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助:立筒群倉的振動(dòng)臺(tái)模擬試驗(yàn)及抗震性能分析(編號50678061)。本文蔓要進(jìn)行數(shù)值模擬方面的探討,模擬的結(jié)論將由振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證,通過本文的數(shù)值模擬結(jié)論與模型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)結(jié)果的對比分析,得到群倉的計(jì)算理論和計(jì)算方法。IlAbstractWiththe