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針對某燃煤電廠工程除渣系統(tǒng)的配套設(shè)備—渣倉支架進行優(yōu)化分析。渣倉支架承受的荷載有：渣倉結(jié)構(gòu)自重力，物料自重力，倉頂排氣過濾器、斗式提升機等設(shè)備自重力，維護欄桿的荷載，風(fēng)荷載，地震荷載，設(shè)備起吊荷載等。除承受上述荷載外，渣倉還應(yīng)能夠承受倉內(nèi)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(wěn)定性的前題下減小渣倉支架的質(zhì)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(jié)構(gòu)應(yīng)力、應(yīng)變情況，并在有限元計算結(jié)果的基礎(chǔ)上對其進行了選型設(shè)計和優(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，可有效縮短開發(fā)設(shè)計周期。該項目設(shè)計的行走機構(gòu)由箱型梁組成，采用BEAM188單元建模。分析渣倉支架的變形和應(yīng)力狀況，找出應(yīng)力集中部位，對其進行剛度和強度分析，并對手爪進行優(yōu)化。結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)效應(yīng)，即分析由于穩(wěn)態(tài)外載引起的渣倉支架各個構(gòu)件的應(yīng)力、應(yīng)變的分布，目的在于考察各個構(gòu)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(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�？傊�，通過優(yōu)化使結(jié)構(gòu)既安全、可靠，又不浪費材料，從而降低成本。
該項目基本參數(shù)見表1。表1基本參數(shù)參數(shù)數(shù)值參數(shù)數(shù)值渣倉總?cè)莘e/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(jīng)計算，渣倉自重力G1=319kN，當(dāng)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(shè)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(shù)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(yīng)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(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。前處理過程設(shè)置ANSYS模版，選擇分析類型、定義材料、屬性及實常數(shù)等，準(zhǔn)備建模。其中，查詢《機械設(shè)計手冊》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)實際需要確定了40個關(guān)鍵點。
專業(yè)從事機械產(chǎn)品設(shè)計│有限元分析│CAE分析│結(jié)構(gòu)優(yōu)化│技術(shù)服務(wù)與解決方案
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