冷却塔是用来完成被冷却介质(水)与冷却介质(空气)之间的热交换的装置,它是工业生产中常用的装置,它在工业建筑中占有重要的地位。 双曲线冷却塔的结构主体是一种典型的轴对称旋转薄壳结构。目前典型的大型冷却塔大约高150m,底部直径大约是100m,因此,一旦大型冷却塔发生事故倒塌,后果将非常严重。世界各国已建的冷却塔大部分是成功的,运行也很正常。但是,国内外也发生了不少冷却塔倒塌事故,其中很多都是在大风或强震作用下倒塌的,例如1965年11月1日,在8级的强风下,英国渡桥(Ferrybrighe)发电厂的八座冷却塔倒塌了三座,损失极为严重。从而人们逐渐认识到,在设计大型冷却塔时,进行风振和地震作用动力计算的重要性。 冷却塔自振特性是计算冷却塔的地震响应和风振作用的基础。本文以变截面杆件的振动理论为基础,对冷却塔的自由振动进行了研究。 首先,作者回顾了国内外研究变截面杆自由振动的方法的发展历程,并且分析了一些主要方法的优缺点;然后,以一些基本假定为基础,忽略了某些次要因素,从理论上推导出旋转壳体的自振微分方程,在推导过程中同时考虑弯矩和剪力的作用,使其更接近于实际问题。随后针对冷却塔这个特殊结构,把微分方程进行了简化,并且采用幂级数解法解答出自振微分方程。在国内外文献中,还没有看到类似计算旋转壳自振频率及振型的解析方法,故此方法有一定的独创性;最后,分析了影响冷却塔自振频率及振型的诸多因素及其重要性,并且从实例出发,比较这些因素对自振频率影响的大小。 为了验证计算结果的正确性,本文使用大型通用有限元软件ANSYS对双曲线冷却塔结构进行动力分析,并且将ANSYS计算结果与本文提出的解析方法的计算结果作了对比。