表面效应单元在压力容器设计中的应用（二）

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4.4 地震载荷

地震力是一种惯性力，施加地震力是通过给定地震水平加速度和垂直加速度且给定球罐各种材料密度后实现的，即：FS=ma。GBl2337-1998《钢制球形储罐》提供了按设计地震反应谱确定球罐水平地震力的方法。

其中Cz为综合影响系数，α为与球罐自振周期相关的地震影响系数。对于有限元计算，球罐自身质量产生地震力的施加可以通过设定单元的密度和加速度场实现，对于由于介质质量产生的惯性力，提出将内盛介质的质量通过增大球壳的密度来等效实现惯性力加以考虑，需要指出，按此方法处理的有限元模型会导致介质重力的重复施加，正确的处理方法应将介质水平惯性力处理为球壳内壁的水平方向静压力，因此介质地震力施加方法与静液压的施加方法相同。

在球壳内壁建立SURF154单元，设定其ID为3，在SURF154单元上施加压力，加载面为SURF154单元的①号面，压力沿地震加速度反方向水平 线性增加，加载效果如图5所示。

图5 地震载荷

4.5 雪载荷

雪载荷与风载荷施加原理和方法一样，不再赘述。在球壳赤道以上球壳外壁建立SURF154单元，设定其ID为4。加载效果如图6所示。

图6 雪载荷

4.6 位移边界条件

在球壳的对称面施加对称边界条件，支柱底板施加全约束。

5 计算结果 图7～图10为各载荷组合工况计算结果。

图7 自重+内压+雪载

图8 自重+内压+风载+雪载

图9 自重+内压+0.25风载+地震载荷+雪载

图10 压力试验+自重6 结论 同一壳单元或实体单元表面可以附着一层或多层表面效应单元，为了便于控制载荷组合，可对于每种载荷定义不同ID的表面效应单元，这对于同时受到多种的载荷的单元，如既受雪压又受风压的外壁面，施加和检查载荷比较方便。