第28卷第2期機(jī)械設(shè)計(jì)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(qiáng)度分析吳昊，徐榕(上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院,上海 200240 , E-mail: mrwuhao@ 126. com).摘要:灰斗是應(yīng)用廣泛的環(huán)保設(shè)備,傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)很大一部分依靠設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn), 經(jīng)常造成材料的浪費(fèi)。文中通過《貯倉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(qiáng)度分析,對兩種方法得出的結(jié)果進(jìn)行比較。并通過兩種方法的比較得出《貯倉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊》中推薦的方法的一些不足。關(guān)鍵詞:灰斗;有限元;強(qiáng)度分析中圖分類號: TH123文獻(xiàn)標(biāo)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(shè)備,廣泛用于火電廠、水直加勁肋僅泥廠、鋼鐵廠等處。近年來出現(xiàn)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就顯得非常重要。傳統(tǒng)的灰斗設(shè)計(jì)來的法向荷水平加幼時(shí)于面i板很大一-部分依靠設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn),設(shè)計(jì)人員為保證設(shè)計(jì)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(fèi)。參考文獻(xiàn)[6]矩;水平加勁《貯倉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊》詳細(xì)介紹了各種貯倉的結(jié)構(gòu)以及強(qiáng)度肋除承受側(cè)校核的方法。壁傳來的水現(xiàn)在-般采用參考文獻(xiàn)[6]中推薦方法對灰斗進(jìn)行設(shè)計(jì)平拉力外,還計(jì)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(jié)論?！鴪D|肋和面板1灰斗的強(qiáng)度校核計(jì)算及設(shè)計(jì)規(guī)范傳來的法向荷載引起的彎矩!。。1.1灰斗的受 力特點(diǎn)隨灰斗結(jié)構(gòu)布置的不同,灰斗的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力狀態(tài)不1.2灰斗的計(jì)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)。灰斗前面板的水平、垂直加勁肋和面板如平截面單位寬度上的斜向設(shè)計(jì)拉圖1所示。(1)有水平加勁肋的灰斗,相鄰斜壁傳來的水平拉力由力值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(jì)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(yīng)水平截面單收稿日期: 2011-10-259機(jī)械設(shè)計(jì)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(jì)算參見參考文獻(xiàn)[6]。Pn =ζp.1.3灰斗構(gòu)件強(qiáng) 度設(shè)計(jì)式中:5為法向壓力系數(shù),與=co'a+ksin'a,a為漏斗壁與水斜壁壁板強(qiáng)度計(jì)算:平面夾角;P,為相應(yīng)計(jì)算截面處的豎向壓力,p。=C.γ●s,CM+M≤f(1)為由卡車、火車等將積灰瞬間直接卸人灰斗時(shí)的沖擊影響系數(shù),具體參數(shù)參考文獻(xiàn)[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(shè)計(jì)值; γ為截面塑m' );s為積灰頂面至計(jì)算截面的距離( m)。性發(fā)展系數(shù),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(jié)構(gòu)的有限元計(jì)算2.1灰斗的結(jié)構(gòu)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倉結(jié)構(gòu)。整個(gè)灰斗由前板、后板、左側(cè)板和右側(cè)板組成,其中前板和后板對稱,左側(cè)板和右側(cè)板對稱，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。▲圖5荷載加載數(shù)值3計(jì)算結(jié)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(jì)算結(jié)果。手橫肋2~面3豎肋3-冊推薦方法無法考慮整體變形,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(yīng)力。圖6為灰斗的應(yīng)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模型簡化對上述的灰斗結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡簡支-簡支化,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上的簡支一▲圖6 灰斗應(yīng)力云圖豎向加勁肋的結(jié)構(gòu)。由此采用板表1板應(yīng)力對比( 單位MPa)梁混合結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(yīng)力值析中,模型的材質(zhì)采用Q235鋼。模型采用4節(jié)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來模擬鋼板,采用BEAM44彈性梁單元模擬灰斗的方法的計(jì)算值均大于有限元方法的計(jì)算值。說明是手冊推加勁肋。薦方法計(jì)算的面板應(yīng)力的結(jié)果偏于保守。2.2.2約束條件表2橫向肋應(yīng)力對比(單位MPa)灰斗的頂部進(jìn)灰口存在框架約束,假設(shè)為簡支結(jié)構(gòu)(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,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(jù)材料的密度、構(gòu)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(jì)算。應(yīng)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 變化對方程式賽車性能影響的虛擬試驗(yàn)99文采用線性階躍陣風(fēng)進(jìn)行仿真。在仿真中假設(shè)風(fēng)壓中心位置固定不變.風(fēng)速為10 m/s。參考文獻(xiàn)在風(fēng)壓中心處，通過STEP階躍函數(shù)完成側(cè)風(fēng)模型的建立。[1] 董軍哲.楊建偉,李敏. 懸架參數(shù)多目標(biāo)性能優(yōu)化[J].機(jī)械如圖10所示。仿真結(jié)果如圖11所示。設(shè)計(jì)與研究, 2010,26(2):123 -127.[2]王志林,成凱,林源.基于CFD的車輛進(jìn)氣系統(tǒng)流場仿真與分析[J]. 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