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基于ANSYS的渣倉支架有限元分析

發布于:2023-12-19 19:04
有限元分析

       針對某燃煤電廠工程除渣系統的配套設備—渣倉支架進行優化分析。渣倉支架承受的荷載有:渣倉結構自重力,物料自重力,倉頂排氣過濾器、斗式提升機等設備自重力,維護欄桿的荷載,風荷載,地震荷載,設備起吊荷載等。除承受上述荷載外,渣倉還應能夠承受倉內物料塌方引起的沖擊荷載以及運渣汽車可能引起的撞擊荷載。因此,如何在滿足強度、剛度、安全性、穩定性的前題下減小渣倉支架的質量是一個研究重點。本文以渣倉支架為例,使用ANSYS有限元分析軟件,選用了BEAM188單元建立模型,分析在多荷載共同作用下結構應力、應變情況,并在有限元計算結果的基礎上對其進行了選型設計和優化分析。
       某工程廠址位于碼頭,地處海邊,累年極端最高氣溫為40℃,累年極端最低氣溫為13℃,多年平均氣溫為28.8℃,多年平均風速為3.0~6.0m/s,10m高處累年最大風速為24m/s,地震加速度峰值為0.2~0.3m/s2。
       因此,在模型加載時除了要考慮支架本體所加荷載外,還要充分考慮風荷載和地震荷載。
       在ANSYS軟件中直接建模并分析,可有效縮短開發設計周期。該項目設計的行走機構由箱型梁組成,采用BEAM188單元建模。分析渣倉支架的變形和應力狀況,找出應力集中部位,對其進行剛度和強度分析,并對手爪進行優化。結構的靜剛度、靜強度分析主要是用來計算在靜荷載作用下的結構效應,即分析由于穩態外載引起的渣倉支架各個構件的應力、應變的分布,目的在于考察各個構件是否滿足靜強度和靜剛度要求。在不滿足要求時可對材料進行重新選擇,改變零件的力學性能;或在不改變材料的情況下改變零件的結構,適量減小受力較弱部位的受力截面,增加受力較大部位的厚度,適量改善應力集中部位的結構厚度或力學性能以提高其受壓能力?傊,通過優化使結構既安全、可靠,又不浪費材料,從而降低成本。
       該項目基本參數見表1。表1基本參數參數數值參數數值渣倉總容積/m31000錐體角度60°,渣倉直徑12m,錐體直段高度5.4m,倉體柱體部分板厚度≥10mm,倉體錐體部分板厚度14mm。經計算,渣倉自重力G1=319kN,當渣倉滿載渣和水時,渣水總重力G2=1.2×e4kN,倉頂鋼平臺及排氣過濾器、斗式提升機等設備及維護欄桿的荷載G3=200kN,倉頂除塵器自重力G4=3.4kN,倉頂起吊裝置自重力G5=21kN,動載系數取1.5。
       (1)由于渣倉和支架采用8點支撐,所以渣倉自重力和渣水總重力應分布于8點處,即每點受力(319+12000)×1.5÷8=2310(kN)。
       (2)G3,G4,G5按均布力加載到上平面四周的橫梁上,上平面四周橫梁的總長為44.384m,即(200+3.4+21)×1.5÷44.384=7.6(kN/m)。
       (3)風荷載為ckhpA=1.4×1×350×38.5÷1000=18.865(kN),式中:風力系數c=1.4;風壓高度變化系數kh=1;查詢技術規范書可知當地基本風壓p=350N/m2,迎風面積A=38.5m2,按均布荷載施加。
       (4)地震荷載。地震按加速度峰值0.4m/s2加載。前處理過程設置ANSYS模版,選擇分析類型、定義材料、屬性及實常數等,準備建模。其中,查詢《機械設計手冊》可知,235鋼的屈服值為235MPa,安全系數取2,彈性模量E=1.07×e5MPa,泊松比λ=0.3,密度ρ=7.8×e-6kg/mm3。利用BEAM188單元建立模型。根據實際需要確定了40個關鍵點。


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