直角换向的矩形斜漏斗【火电厂矩形钢漏斗的有限元分析】
时间：2019-05-16 03:27:34 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
【摘 要】矩形钢漏斗是火电厂脱硫系统装置中特种结构设备，根据漏斗的实际工作情况，采取有限元分析方法，得出了较准确的分析结论，验证了手算结果并弥补了手算过程的不足，为该类型设备的结构安全、优化设计提供了可靠的依据。
【关键词】贮仓;矩形钢漏斗；有限元；手算；ANSYS
Abstract: Rectangular steel funnel is desulfurization system in thermal power plants device special structure equipment, according to the actual working status of funnel, take the finite element analysis method, it is concluded that the more accurate analysis conclusion, hands and make up the results verify the hand count of the shortcomings of the process, for this type of equipment, the safety of the structure optimization design provides the reliable basis.
Key words: storage warehouse; rectangular steel funnel; finite
中图分类号：TM621.3文献标识码：A文章编号：
一、引言
某电厂脱硫系统装置中，贮存石灰石块的设备，由于受厂地条件的限制，采用矩形贮仓，该仓体积庞大，约为1063m3 ，物料重达1450t，上部筒仓为钢筋混凝土结构，下部漏斗为钢结构，截面形式为矩形。国内现行相关标准均只有圆筒形料仓的结构设计规定[1] [2]，对于上述矩形贮仓的结构设计，国内尚无相关的标准可供参照，仅贮仓结构设计手册[3]提供了相关的计算方法。在结构设计过程中为安全起见，在手算结果的基础上，利用ANSYS10软件对该矩形钢漏斗（以下简称漏斗）进行了有限元分析[4]，并与手算结果进行了比较。
二、有限元模型的建立
石灰石仓的结构如图1所示，上部钢筋混凝土筒仓结构，下部漏斗为钢结构，漏斗所用材料为18mm厚的Q345-B钢板。
图1 石灰石仓的结构形式
斗壁加强筋采用三种规格的非标型钢①T350×350×16，②T300×300×16，③T200×200×16，分别从上往下设置。裤衩中间设置横梁④T300×450×16，在漏斗的斜边与直边过渡段处设置16mm厚的连接钢板，此二处加强筋是根据有限元法求解得到的最大应力而设置的，为应力集中处，加强筋设置是为了分散应力集中，为手算忽略处，实际受力情况为下文所述情形。
为了方便建模，采用ANSYS软件默认的笛卡尔坐标系作为建模的坐标系，即水平面是XY，竖直方向是Z轴方向。由于仓是几何对称体，这里将斗大端中心作为模型的坐标原点。
漏斗通过与上部混凝土筒仓上预埋铁板焊接而连成一个整体，漏斗又由钢梁与钢板通过焊接方式连接而成。筒仓运行过程中，漏斗钢梁主要受到压应力的作用，同时还有相邻斜壁传来的水平拉力产生的拉应力等组合应力的作用，这里近似采用BEAM188作为钢梁的单元类型。钢板承受面内荷载和横向荷载的作用，所以选用SHELL63单元作为钢板的单元类型。
根据漏斗的实际几何结构参数，采用自下而上方法建模[5]。首先建立关键点，然后由关键点连接成线，再由线连接成面；其次，赋予各点、线、面的实截面参数及相应的单元类型。再次，根据点、线、面的实际情况选择单元网格划分的尺寸大小，从而控制网格疏密、单元大小，完成对各几何要素的网格单元划分，最终建立漏斗的有限元模型。
三、漏斗结构有限元法的计算结果与分析
漏斗结构的荷载包括静荷载和动荷载两类荷载。动荷载为外来运输车卸料时产生的冲击荷载；静荷载包括：部件本身的自重；石灰石块的荷载；斗口悬挂物的重力。
经分析，对于部件本身的自重荷载，通过重力加速度以重力荷载形式施加在漏斗上；对于物料荷载，则需结合物料自身的特性和仓的实际工作情况确定荷载类型和施加方式。
由于石灰石属于散粒体。根据散粒体力学知识，可知这些物质对仓壁的压力是一种梯度力。在ANSYS软件中，用加在面荷载上的梯度力(SFGRAD)来处理这一类荷载。
由于漏斗各侧壁的倾斜程度不同，压力系数各不相同，因而压力值和压力梯度值也不相同。各侧壁的荷载计算结果如表1所示。
表1侧壁荷载的计算结果
漏斗的约束分析。上部钢筋混凝土筒仓埋件与漏斗连接处其应力强度足够，安全裕量较大，刚度也较大，可将漏斗大端视为完全约束。
施加了相应荷载和约束后，得出漏斗的有限元单元模型及加载图如图2所示。
图2 漏斗的有限元单元模型及加载图
根据已建立的漏斗有限元模型及边界条件，并施加了荷载后，求得漏斗的面单元和梁单元的等效应力及节点位移如图3所示。
图3 漏斗面单元和梁单元的等效应力
从图3可以看出，漏斗的面单元中最大应力点（即危险点）位于57.26°矩形裤衩侧壁，其应力值为244.9MPa，小于钢板的屈服强度325MPa，屈服强度与最大应力的比值大于设计要求的安全系数1.2。
漏斗的节点位移从图3可以看出，漏斗的节点位移最大点在中央，其位移为7.82mm，约相当于此处壁板宽值的1/150，位于允许的变形范围内。
手算斜壁强度最大值为261.4 Mpa（小于材料强度设计值295 Mpa），最大挠度为2.72mm（小于许用挠度值5.73mm）处于57.26°矩形裤衩侧壁。
o 许用m.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
