羅青松 馮 葉 吳旺成

(中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，湖北 武漢 430010)

1 概述

除塵器的實(shí)際結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，需對(duì)實(shí)際的除塵器結(jié)構(gòu)做必要的簡(jiǎn)化以方便建立模型從而進(jìn)行較為準(zhǔn)確的有限元分析，分析計(jì)算采用國(guó)際大型通用軟件ANSYS對(duì)除塵器進(jìn)行整體建模計(jì)算。

2 ANSYS前處理分析

2.1 ANSYS有限元模型的建立

根據(jù)箱體的實(shí)際形態(tài)，把箱體理想化為梁殼[1,2]組合結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，根據(jù)分析的需要，將立柱、中箱體立柱、斜撐和加筋用Beam188單元進(jìn)行模擬，箱體、灰斗和進(jìn)風(fēng)變徑管用Shell63單元進(jìn)行模擬。其模型和網(wǎng)格劃分詳如圖1所示。

整個(gè)結(jié)構(gòu)的材料均為Q235A鋼，楊氏模量為206 GPa，泊松比為0.3，密度為7.83×103kg/m3。

2.2 載荷計(jì)算

2.2.1風(fēng)載及樓梯載荷

整個(gè)樓梯及平臺(tái)的重力等效為點(diǎn)1～5的集中力，其風(fēng)荷載作用詳見(jiàn)圖2，圖3。

2.2.2起吊軌道支架、雨棚和頂部欄桿載荷的計(jì)算

雨棚和頂部欄桿主要起防護(hù)的作用，可以把雨篷等效為均布線(xiàn)荷載作用在頂部的四根橫梁上，而把頂部欄桿也作為質(zhì)量載荷加載到周邊的頂梁上。把起吊軌道自重作用在上箱體部分的荷載等效為線(xiàn)均布荷載加在頂梁3,4上，作用在頂梁上的荷載看成集中力分布在箱板上的槽鋼兩端點(diǎn)處。

雨棚和起吊軌道的等效載荷分布詳見(jiàn)圖4。

2.2.3上箱體及噴吹裝置載荷的計(jì)算

建立有限元模型時(shí)，只考慮了上箱體的花板和加筋，而其他部分均作為質(zhì)量載荷加在頂梁上。

2.2.4灰載的計(jì)算

除塵器正常工作時(shí)，灰約占了整個(gè)灰斗高度的1/3，簡(jiǎn)化計(jì)算時(shí)取灰的高度為1.5 m，即灰裝滿(mǎn)整個(gè)下部灰斗。

2.2.5重力及工作負(fù)壓

定義材料屬性(包括密度、彈性模量、泊松比等)，輸入重力加速度值9.8，重力荷載將加載到各個(gè)結(jié)點(diǎn)上。

除塵器的箱體內(nèi)部的工作負(fù)壓按照-6 000 Pa加載到箱體壁上。

3 ANSYS后處理分析

3.1 應(yīng)力分布圖

前處理模塊定義節(jié)點(diǎn)、單元；求解模塊定義求解選項(xiàng)、位移邊界條件和荷載，并求解。用單元表數(shù)據(jù)繪制梁柱的剪力圖詳見(jiàn)圖5，圖6。

3.2 位移分布圖

在后處理程序中定義以?xún)啥藦澗睾图袅閮?nèi)容的單元表，并列出單元的單元表數(shù)據(jù)，用單元表數(shù)據(jù)繪制梁柱的位移圖詳見(jiàn)圖7，圖8。

3.3 彎矩圖

用單元表數(shù)據(jù)繪制梁柱的彎矩圖詳見(jiàn)圖9，圖10。

有限元計(jì)算結(jié)果表明箱體的最大應(yīng)力為86 MPa，灰斗的最大應(yīng)力為116 MPa，小于Q235A鋼的容許應(yīng)力215 MPa，滿(mǎn)足強(qiáng)度要求，能滿(mǎn)足安全需求。

4 結(jié)語(yǔ)

除塵器的實(shí)際結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)采用有限元分析可以得到每個(gè)構(gòu)件的應(yīng)力、位移、軸力、彎矩對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性，計(jì)算結(jié)構(gòu)直觀明確，便于根據(jù)結(jié)果對(duì)原設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，最終達(dá)到節(jié)約材料、減少重量的目的。該精細(xì)化設(shè)計(jì)對(duì)優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有實(shí)際意義，對(duì)指導(dǎo)實(shí)際工程具有一定的價(jià)值。