袋式除塵器的數(shù)值有限元分析

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圖5，圖6。

3.2 位移分布圖

在后處理程序中定義以兩端彎矩和剪力為內(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，滿足強(qiáng)度要求，能滿足安全需求。

4 結(jié)語

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。