灰斗的強度分析

第28卷第2期機械設計與研究Vol. 28 No. 22012年4月Machine Design and ResearchApr. ,2012文章編號: 1006-2343(2012)02 093-03灰斗的強度分析吳昊，徐榕(上海交通大學(xué)機械與動(dòng)力工程學(xué)院,上海 200240 , E-mail: mrwuhao@ 126. com).摘要:灰斗是應用廣泛的環(huán)保設備,傳統的設計很大一部分依靠設計人員的經(jīng)驗, 經(jīng)常造成材料的浪費。文中通過(guò)《貯倉結構設計手冊》中推薦的方法和有限元方法對肋板不同布置的灰斗進(jìn)行強度分析,對兩種方法得出的結果進(jìn)行比較。并通過(guò)兩種方法的比較得出《貯倉結構設計手冊》中推薦的方法的一些不足。關(guān)鍵詞:灰斗;有限元;強度分析中圖分類(lèi)號: TH123文獻標識碼: AStrength Analysis of HopperWU Hao, XU Rong( Shanghai Jiao Tong University School of Mechanical Engineering, Shanghai 200240, China)Abstract: The hopper is a widely used environmental equipment, and the traditional design of the hopper rely onthe experience of designers and lead to material waste. In this paper, analyse strength of hopper that have differentarrangement of ribs with the recommended method in< Silo Design Manual》 and the finite element method, and theoutcome of the two methods are compared. Through the comparison, some deficiencies of the recommended method in《Silo Design Manual》are revealed.Key words: hopper; finite element method; strength analysis灰斗是用于收集粉塵的環(huán)保設備,廣泛用于火電廠(chǎng)、水直加勁肋僅泥廠(chǎng)、鋼鐵廠(chǎng)等處。近年來(lái)出現一些灰斗被積灰壓垮的事承受壁板傳垂直加勁肋故,因此灰斗的結構設計就顯得非常重要。傳統的灰斗設計來(lái)的法向荷水平加幼時(shí)于面i板很大一-部分依靠設計人員的經(jīng)驗,設計人員為保證設計安載引起的彎全,往往會(huì )加大材料的用量,造成材料的浪費。參考文獻[6]矩;水平加勁《貯倉結構設計手冊》詳細介紹了各種貯倉的結構以及強度肋除承受側校核的方法。壁傳來(lái)的水現在-般采用參考文獻[6]中推薦方法對灰斗進(jìn)行設計平拉力外,還計算,而采用有限元方法對其進(jìn)行校核。本文針對某- -灰承受壁 板和斗,比較了上述兩種方法所得到的結論?！鴪D|肋和面板1灰斗的強度校核計算及設計規范傳來(lái)的法向荷載引起的彎矩!。。1.1灰斗的受 力特點(diǎn)隨灰斗結構布置的不同,灰斗的結構構件的受力狀態(tài)不1.2灰斗的計算盡相同。本文主要介紹有水平加勁肋和有雙向交叉加勁肋斜壁任一水的灰斗受力特點(diǎn)?；叶非懊姘宓乃?、垂直加勁肋和面板如平截面單位寬度上的斜向設計拉圖1所示。(1)有水平加勁肋的灰斗,相鄰斜壁傳來(lái)的水平拉力由力值N.(kN/m)水平加勁肋承受,水平加勁肋還承受法向壓力引起的彎矩;(圖2):壁板在法向壓力作用下單向或雙向受彎,并承受豎向荷載引N=sina,N_起的全部斜向拉力06]。式中，a,為該中國煤化工(2)有雙向交叉加勁肋的灰斗,可按主次梁體系計算壁壁與水平面MYHCNMH G板的垂直加勁肋的彎矩。壁板雙向受彎并承受斜向拉力;垂角;N.為該斜壁▲圖2斜壁拉力示意圖相應水平截面單收稿日期: 2011-10-259機械設計與研究第28卷位寬度上的豎向拉力。斜壁彎矩、水平加勁肋和垂直加勁肋灰斗單位面積上的法向壓力:的計算參見(jiàn)參考文獻[6]。Pn =ζp.1.3灰斗構件強 度設計式中:5為法向壓力系數,與=co'a+ksin'a,a為漏斗壁與水斜壁壁板強度計算:平面夾角;P,為相應計算截面處的豎向壓力,p。=C.γ●s,CM+M≤f(1)為由卡車(chē)、火車(chē)等將積灰瞬間直接卸人灰斗時(shí)的沖擊影響系數,具體參數參考文獻[6]表4.10;y積灰重力密度(kN/式中:N、.M為壁板同-方向拉力、彎矩設計值; γ為截面塑m' );s為積灰頂面至計算截面的距離( m)。性發(fā)展系數,取1.0~1.2; A為鋼板每米寬度面積; W為鋼板每米寬截面抵抗矩。2灰斗結構的有限元計算2.1灰斗的結構灰斗的AutoCAD圖紙如圖3所示。圖示的灰斗是典型的板殼帶肋矩形簡(jiǎn)倉結構。整個(gè)灰斗由前板、后板、左側板和右側板組成,其中前板和后板對稱(chēng),左側板和右側板對稱(chēng)，027 C06.0111091 .01495 015658 02920 16101 .0294各板外表面焊接有加勁肋。橫向的肋把整個(gè)灰斗分為8層。加勁肋由扁鋼和角鋼組成?！鴪D5荷載加載數值3計算結果分析面1豎肋r橫肋r-面2整肋2-以下對比手冊推薦方法和有限元方法的計算結果。手橫肋2~面3豎肋3-冊推薦方法無(wú)法考慮整體變形,本文只比較面板和加勁肋上橫肋3面4豎肋+橫肋4面5豎肋5-的應力。圖6為灰斗的應力分布云圖。橫肋5面6豎肋6-橫肋6AN面7豎助7-橫肋?面8▲圖3灰斗的 AutoCAD圖紙2.2灰斗的有限元分析2.2.1模型簡(jiǎn)化對上述的灰斗結構進(jìn)行簡(jiǎn)簡(jiǎn)支-簡(jiǎn)支化,只保留灰斗的板殼、橫向加1》“ 21.164 201.43 M4.71m sm1m ot lom勁肋和面1上的簡(jiǎn)支一▲圖6 灰斗應力云圖豎向加勁肋的結構。由此采用板表1板應力對比( 單位MPa)梁混合結構建立面1面2 |面3面4面5面6面7面8有限元模型。有手冊推薦30.4 83.3 127.1149.5 244.7 422.5 403.7 320.5限元模型結構圖有限元41.6 81.9 122.4 122.4 203.2 324.4 283.9 | 243.6如圖4所示?！鴪D4灰斗有限元結構在有限元分表1為各塊板手冊推薦方法和有限元方法最大應力值析中,模型的材質(zhì)采用Q235鋼。模型采用4節點(diǎn)的殼單元的比較。從表中可以看出除面1外,其余各個(gè)面板手冊推薦SHELL63來(lái)模擬鋼板,采用BEAM44彈性梁?jiǎn)卧M灰斗的方法的計算值均大于有限元方法的計算值。說(shuō)明是手冊推加勁肋。薦方法計算的面板應力的結果偏于保守。2.2.2約束條件表2橫向肋應力對比(單位MPa)灰斗的頂部進(jìn)灰口存在框架約束,假設為簡(jiǎn)支結構(圖橫助1橫助2橫助3橫助4橫肋5橫助6橫肋74) ,所以對灰斗頂端施加X(jué),Y,Z軸方向平動(dòng)自由度約束。手冊推薦5.5中國煤化工230.1362.2.3荷載灰斗的荷載包括灰斗重力荷載和積灰荷載。荷載加載有限元41.YHCNMHG36.7 28.9如圖5所示?；叶分亓奢d根據材料的密度、構件幾何尺寸表2為橫向加勁肋的手冊推薦方法和有限元方法最大自動(dòng)計算。應力值的比較。由于肋1 .3.5.7采用的是125 x80x8的角第2期倪俊等:尾翼攻角 變化對方程式賽車(chē)性能影響的虛擬試驗99文采用線(xiàn)性階躍陣風(fēng)進(jìn)行仿真。在仿真中假設風(fēng)壓中心位置固定不變.風(fēng)速為10 m/s。參考文獻在風(fēng)壓中心處，通過(guò)STEP階躍函數完成側風(fēng)模型的建立。[1] 董軍哲.楊建偉,李敏. 懸架參數多目標性能優(yōu)化[J].機械如圖10所示。仿真結果如圖11所示。設計與研究, 2010,26(2):123 -127.[2]王志林,成凱,林源.基于CFD的車(chē)輛進(jìn)氣系統流場(chǎng)仿真與分析[J]. T程設計學(xué)報, 2011. 18(4) :265 -269.[3] Khaknejad M Bayani, Kavemi R, Azadi Sh. lenifcation of vehi-50fcle parameters using modifed least square method in ADAMS/Car[C]// Proceedings of 2011 International Conference on Modelling,00Idenifcaion and Control, ICMIC 2011, 98 - 103.[4]粲冬疑,潘 筱,趙紅字,等.面向SUV車(chē)型操縱穩定性的多體動(dòng)力學(xué)建模與仿真[J].中國機械工程, 2007, 18(17):2126 ~2129.[5]張云清,項 俊.陳立平,等.整車(chē)多體動(dòng)力學(xué)模型的建立、驗證及仿真分析[J].汽車(chē)工程206 ,28(3) :287 ~291.▲圖10側風(fēng)仿真模型[6] Chazali N N N,Yau Y H, Badarudin A. Computational Fluid Dy-500pnamice (CFD) Simulation of Drag Reduction by Riblets on Auto-F攻角4-攻角0mobile [ C ]// AIP Conference Proceeding, v 1233， 1535 ~.攻角4"1540, 2010.-500一攻角8[ 7 ] Lombardi C, Maganzi M, Cannizo F. Use of the CFD for the Aero-dynamic Opimization of the Car Shape: Problems and Application[C]// 4出European Automotive Simulation Conference. EASC-15002009, 59 -70, 2009.[8]張英朝,書(shū) 甘,張哲.不同尾翼兩廂轎車(chē)的氣動(dòng)特性數值-2000模擬[J].吉林大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版) ,2011 ,41(1):1~5.[9] Pacejka H B. Tyre and Vehicle Dynamics [ M]. Oxford: Butter▲圖11側風(fēng)激勵 下側向位移對比worth ~ Heinemann, 2005由圖11可知,隨著(zhù)尾翼攻角的增大,賽車(chē)在側風(fēng)激勵下10]傅立敏.汽車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)[M].北京:機械工業(yè)出版社，2006.的側向位移逐漸減小，賽車(chē)的側風(fēng)穩定性得到較大提高。[11] Scot W,Jef S. Aerodynanics for Forroula SAE: A Numerical,Wind Tunnel and On ~ Track Strudy FSAE [G]. US: SAE Paper, .5結論2006 ~01 ~0808, 2006. .提出了一種在動(dòng)力學(xué)仿真中計人了尾翼的空氣動(dòng)力特[12]余志生.汽車(chē)理論[M].北京:機械工業(yè)出版社,2005.性的方法,并對尾翼取不同攻角時(shí)賽車(chē)的各項性能進(jìn)行了對[13] 谷止氣,王和毅.羅榮鋒.計及風(fēng)術(shù)中心漂移的汽車(chē)側風(fēng)穩定比。結果表明,尾翼攻角的增大可以提高賽車(chē)的瞬態(tài)響應性性研究[J].湖南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2005,32(3);能及側風(fēng)穩定性,但同時(shí)會(huì )加大賽車(chē)的不足轉向特性。避免70 -73.了進(jìn)行大量樣車(chē)試驗的工作,為各方程式賽車(chē)隊的尾翼設計作者簡(jiǎn)介:倪俊(1992 -).男,本科生;已發(fā)表論文10余篇。提供了借鑒。(上接第95頁(yè))[7]陳建來(lái),丁曉紅,王峰,等 大型電除塵器灰斗結構分析及優(yōu)化設計[J].礦機械,2008 ,15(36) :102 ~ 105.[8]林剛,陳海鵬,俞 雄.電廠(chǎng)機組電除塵器厭斗的失效分析[].科技創(chuàng )新導報,2010,(16):81 -82.[1]王新敏. ANSYS工程結構數值分析[M].北京:人民交通出版 [9]譚志洪.張祖輝,王作杰.等.基于A(yíng)NSYS的袋式除塵器底梁結社,2007.構分析優(yōu)化設計[J]煤礦機械,2010 ,30(7):31 ~33.[2]張宏雁,周松.電廠(chǎng)靜電除塵器結構強度有限元分析[J].四10] 胡春艷,王勇勤,沈壽榮，等基于A(yíng)NSYS的大型電除塵器的川電力技術(shù),008 ,31(6):23 -26.參數化設計[J]。重慶建筑大學(xué)學(xué)報,2005 .27(5) :109 ~112.[3]張天助，王成樵.金立贊，等某電除塵器灰斗結構極限承載能11]李剛,王強,葉光新型電除塵器下部鋼支架與灰斗協(xié)同力狀態(tài)分析[J].鋼結構,2007 ,22(98) :63 ~65.作用分析[J].四川建筑,2009 ,29(1) :108 -112.[4]肖春,土海濤.脈沖袋式除塵器灰斗有限元分析[J].冶金環(huán) [12] 周用蘭,周月桂,徐通模. 大容敏鍋爐灰斗改型的實(shí)驗研究境保護,2010,(4):29 -36.[J].西安交通大學(xué)學(xué)報,1999 ,33(2) :26 -28.[5]曹友洪,潘 伶.電除塵器灰斗的優(yōu)化及軟件的研制[J].機械設計與制造,2007 ,(12):177 ~179.作者簡(jiǎn)介:吳中國煤化工要研究方向:機[6]貯倉結構設計手冊編寫(xiě)組.貯倉結構設計手冊[M].北京:中械電子。國建筑工業(yè)出版社,999.*MHCNMH G