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針對(duì)某燃煤電廠工程除渣系統(tǒng)的配套設(shè)備—渣倉(cāng)支架進(jìn)行優(yōu)化分析。渣倉(cāng)支架承受的荷載有：渣倉(cāng)結(jié)構(gòu)自重力，物料自重力，倉(cāng)頂排氣過(guò)濾器、斗式提升機(jī)等設(shè)備自重力，維護(hù)欄桿的荷載，風(fēng)荷載，地震荷載，設(shè)備起吊荷載等。除承受上述荷載外，渣倉(cāng)還應(yīng)能夠承受倉(cāng)內(nèi)物料塌方引起的沖擊荷載以及運(yùn)渣汽車可能引起的撞擊荷載。因此，如何在滿足強(qiáng)度、剛度、安全性、穩(wěn)定性的前題下減小渣倉(cāng)支架的質(zhì)量是一個(gè)研究重點(diǎn)。本文以渣倉(cāng)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(jié)構(gòu)應(yīng)力、應(yīng)變情況，并在有限元計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行了選型設(shè)計(jì)和優(yōu)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(fēng)速為3.0～6.0m/s，10m高處累年最大風(fēng)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(shí)除了要考慮支架本體所加荷載外，還要充分考慮風(fēng)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(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)周期。該項(xiàng)目設(shè)計(jì)的行走機(jī)構(gòu)由箱型梁組成，采用BEAM188單元建模。分析渣倉(cāng)支架的變形和應(yīng)力狀況，找出應(yīng)力集中部位，對(duì)其進(jìn)行剛度和強(qiáng)度分析，并對(duì)手爪進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)構(gòu)的靜剛度、靜強(qiáng)度分析主要是用來(lái)計(jì)算在靜荷載作用下的結(jié)構(gòu)效應(yīng)，即分析由于穩(wěn)態(tài)外載引起的渣倉(cāng)支架各個(gè)構(gòu)件的應(yīng)力、應(yīng)變的分布，目的在于考察各個(gè)構(gòu)件是否滿足靜強(qiáng)度和靜剛度要求。在不滿足要求時(shí)可對(duì)材料進(jìn)行重新選擇，改變零件的力學(xué)性能；或在不改變材料的情況下改變零件的結(jié)構(gòu)，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(yīng)力集中部位的結(jié)構(gòu)厚度或力學(xué)性能以提高其受壓能力。總之，通過(guò)優(yōu)化使結(jié)構(gòu)既安全、可靠，又不浪費(fèi)材料，從而降低成本。
該項(xiàng)目基本參數(shù)見(jiàn)表1。表1基本參數(shù)參數(shù)數(shù)值參數(shù)數(shù)值渣倉(cāng)總?cè)莘e/m31000錐體角度60°，渣倉(cāng)直徑12m，錐體直段高度5.4m，倉(cāng)體柱體部分板厚度≥10mm，倉(cāng)體錐體部分板厚度14mm。經(jīng)計(jì)算，渣倉(cāng)自重力G1=319kN，當(dāng)渣倉(cāng)滿載渣和水時(shí)，渣水總重力G2=1.2×e4kN，倉(cāng)頂鋼平臺(tái)及排氣過(guò)濾器、斗式提升機(jī)等設(shè)備及維護(hù)欄桿的荷載G3=200kN，倉(cāng)頂除塵器自重力G4=3.4kN，倉(cāng)頂起吊裝置自重力G5=21kN，動(dòng)載系數(shù)取1.5。
(1)由于渣倉(cāng)和支架采用8點(diǎn)支撐，所以渣倉(cāng)自重力和渣水總重力應(yīng)分布于8點(diǎn)處，即每點(diǎn)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(zhǎng)為44.384m，即(200+3.4+21)×1.5÷44.384=7.6(kN/m)。
(3)風(fēng)荷載為ckhpA=1.4×1×350×38.5÷1000=18.865(kN)，式中：風(fēng)力系數(shù)c=1.4；風(fēng)壓高度變化系數(shù)kh=1；查詢技術(shù)規(guī)范書(shū)可知當(dāng)?shù)鼗撅L(fēng)壓p=350N/m2，迎風(fēng)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(guò)程設(shè)置ANSYS模版，選擇分析類型、定義材料、屬性及實(shí)常數(shù)等，準(zhǔn)備建模。其中，查詢《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知，235鋼的屈服值為235MPa，安全系數(shù)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(jù)實(shí)際需要確定了40個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。
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