灰斗的强度分析

第28卷第2期机械设计与研究Vol. 28 No. 22012年4月Machine Design and ResearchApr. ,2012文章编号: 1006-2343(2012)02 093-03灰斗的强度分析吴昊，徐榕(上海交通大学机械与动力工程学院,上海 200240 , E-mail: mrwuhao@ 126. com).摘要:灰斗是应用广泛的环保设备,传统的设计很大一部分依靠设计人员的经验, 经常造成材料的浪费。文中通过《贮仓结构设计手册》中推荐的方法和有限元方法对肋板不同布置的灰斗进行强度分析,对两种方法得出的结果进行比较。并通过两种方法的比较得出《贮仓结构设计手册》中推荐的方法的一些不足。关键词:灰斗;有限元;强度分析中图分类号: TH123文献标识码: 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灰斗是用于收集粉尘的环保设备,广泛用于火电厂、水直加劲肋仅泥厂、钢铁厂等处。近年来出现一些灰斗被积灰压垮的事承受壁板传垂直加劲肋故,因此灰斗的结构设计就显得非常重要。传统的灰斗设计来的法向荷水平加幼时于面i板很大一-部分依靠设计人员的经验,设计人员为保证设计安载引起的弯全,往往会加大材料的用量,造成材料的浪费。参考文献[6]矩;水平加劲《贮仓结构设计手册》详细介绍了各种贮仓的结构以及强度肋除承受侧校核的方法。壁传来的水现在-般采用参考文献[6]中推荐方法对灰斗进行设计平拉力外,还计算,而采用有限元方法对其进行校核。本文针对某- -灰承受壁 板和斗,比较了上述两种方法所得到的结论。▲图|肋和面板1灰斗的强度校核计算及设计规范传来的法向荷载引起的弯矩!。。1.1灰斗的受 力特点随灰斗结构布置的不同,灰斗的结构构件的受力状态不1.2灰斗的计算尽相同。本文主要介绍有水平加劲肋和有双向交叉加劲肋斜壁任一水的灰斗受力特点。灰斗前面板的水平、垂直加劲肋和面板如平截面单位宽度上的斜向设计拉图1所示。(1)有水平加劲肋的灰斗,相邻斜壁传来的水平拉力由力值N.(kN/m)水平加劲肋承受,水平加劲肋还承受法向压力引起的弯矩;(图2):壁板在法向压力作用下单向或双向受弯,并承受竖向荷载引N=sina,N_起的全部斜向拉力06]。式中，a,为该中国煤化工(2)有双向交叉加劲肋的灰斗,可按主次梁体系计算壁壁与水平面MYHCNMH G板的垂直加劲肋的弯矩。壁板双向受弯并承受斜向拉力;垂角;N.为该斜壁▲图2斜壁拉力示意图相应水平截面单收稿日期: 2011-10-259机械设计与研究第28卷位宽度上的竖向拉力。斜壁弯矩、水平加劲肋和垂直加劲肋灰斗单位面积上的法向压力:的计算参见参考文献[6]。Pn =ζp.1.3灰斗构件强 度设计式中:5为法向压力系数,与=co'a+ksin'a,a为漏斗壁与水斜壁壁板强度计算:平面夹角;P,为相应计算截面处的竖向压力,p。=C.γ●s,CM+M≤f(1)为由卡车、火车等将积灰瞬间直接卸人灰斗时的冲击影响系数,具体参数参考文献[6]表4.10;y积灰重力密度(kN/式中:N、.M为壁板同-方向拉力、弯矩设计值; γ为截面塑m' );s为积灰顶面至计算截面的距离( m)。性发展系数,取1.0~1.2; A为钢板每米宽度面积; W为钢板每米宽截面抵抗矩。2灰斗结构的有限元计算2.1灰斗的结构灰斗的AutoCAD图纸如图3所示。图示的灰斗是典型的板壳带肋矩形简仓结构。整个灰斗由前板、后板、左侧板和右侧板组成,其中前板和后板对称,左侧板和右侧板对称，027 C06.0111091 .01495 015658 02920 16101 .0294各板外表面焊接有加劲肋。横向的肋把整个灰斗分为8层。加劲肋由扁钢和角钢组成。▲图5荷载加载数值3计算结果分析面1竖肋r横肋r-面2整肋2-以下对比手册推荐方法和有限元方法的计算结果。手横肋2~面3竖肋3-册推荐方法无法考虑整体变形,本文只比较面板和加劲肋上横肋3面4竖肋+横肋4面5竖肋5-的应力。图6为灰斗的应力分布云图。横肋5面6竖肋6-横肋6AN面7竖助7-横肋?面8▲图3灰斗的 AutoCAD图纸2.2灰斗的有限元分析2.2.1模型简化对上述的灰斗结构进行简简支-简支化,只保留灰斗的板壳、横向加1》“ 21.164 201.43 M4.71m sm1m ot lom劲肋和面1上的简支一▲图6 灰斗应力云图竖向加劲肋的结构。由此采用板表1板应力对比( 单位MPa)梁混合结构建立面1面2 |面3面4面5面6面7面8有限元模型。有手册推荐30.4 83.3 127.1149.5 244.7 422.5 403.7 320.5限元模型结构图有限元41.6 81.9 122.4 122.4 203.2 324.4 283.9 | 243.6如图4所示。▲图4灰斗有限元结构在有限元分表1为各块板手册推荐方法和有限元方法最大应力值析中,模型的材质采用Q235钢。模型采用4节点的壳单元的比较。从表中可以看出除面1外,其余各个面板手册推荐SHELL63来模拟钢板,采用BEAM44弹性梁单元模拟灰斗的方法的计算值均大于有限元方法的计算值。说明是手册推加劲肋。荐方法计算的面板应力的结果偏于保守。2.2.2约束条件表2横向肋应力对比(单位MPa)灰斗的顶部进灰口存在框架约束,假设为简支结构(图横助1横助2横助3横助4横肋5横助6横肋74) ,所以对灰斗顶端施加X,Y,Z轴方向平动自由度约束。手册推荐5.5中国煤化工230.1362.2.3荷载灰斗的荷载包括灰斗重力荷载和积灰荷载。荷载加载有限元41.YHCNMHG36.7 28.9如图5所示。灰斗重力荷载根据材料的密度、构件几何尺寸表2为横向加劲肋的手册推荐方法和有限元方法最大自动计算。应力值的比较。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 变化对方程式赛车性能影响的虚拟试验99文采用线性阶跃阵风进行仿真。在仿真中假设风压中心位置固定不变.风速为10 m/s。参考文献在风压中心处，通过STEP阶跃函数完成侧风模型的建立。[1] 董军哲.杨建伟,李敏. 悬架参数多目标性能优化[J].机械如图10所示。仿真结果如图11所示。设计与研究, 2010,26(2):123 -127.[2]王志林,成凯,林源.基于CFD的车辆进气系统流场仿真与分析[J]. 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Oxford: Butter▲图11侧风激励 下侧向位移对比worth ~ Heinemann, 2005由图11可知,随着尾翼攻角的增大,赛车在侧风激励下10]傅立敏.汽车空气动力学[M].北京:机械工业出版社，2006.的侧向位移逐渐减小，赛车的侧风稳定性得到较大提高。[11] Scot W,Jef S. Aerodynanics for Forroula SAE: A Numerical,Wind Tunnel and On ~ Track Strudy FSAE [G]. US: SAE Paper, .5结论2006 ~01 ~0808, 2006. .提出了一种在动力学仿真中计人了尾翼的空气动力特[12]余志生.汽车理论[M].北京:机械工业出版社,2005.性的方法,并对尾翼取不同攻角时赛车的各项性能进行了对[13] 谷止气,王和毅.罗荣锋.计及风术中心漂移的汽车侧风稳定比。结果表明,尾翼攻角的增大可以提高赛车的瞬态响应性性研究[J].湖南大学学报(自然科学版), 2005,32(3);能及侧风稳定性,但同时会加大赛车的不足转向特性。避免70 -73.了进行大量样车试验的工作,为各方程式赛车队的尾翼设计作者简介:倪俊(1992 -).男,本科生;已发表论文10余篇。提供了借鉴。(上接第95页)[7]陈建来,丁晓红,王峰,等 大型电除尘器灰斗结构分析及优化设计[J].矿机械,2008 ,15(36) :102 ~ 105.[8]林刚,陈海鹏,俞 雄.电厂机组电除尘器厌斗的失效分析[].科技创新导报,2010,(16):81 -82.[1]王新敏. 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