袋式除塵器的數值有限元分析

羅青松 馮 葉 吳旺成

(中國市政工程中南設計研究總院有限公司，湖北 武漢 430010)

1 概述

除塵器的實際結構比較復雜，需對實際的除塵器結構做必要的簡化以方便建立模型從而進行較為準確的有限元分析，分析計算采用國際大型通用軟件ANSYS對除塵器進行整體建模計算。

2 ANSYS前處理分析

2.1 ANSYS有限元模型的建立

根據箱體的實際形態，把箱體理想化為梁殼[1,2]組合結構進行建模，根據分析的需要，將立柱、中箱體立柱、斜撐和加筋用Beam188單元進行模擬，箱體、灰斗和進風變徑管用Shell63單元進行模擬。其模型和網格劃分詳如圖1所示。

整個結構的材料均為Q235A鋼，楊氏模量為206 GPa，泊松比為0.3，密度為7.83×103kg/m3。

2.2 載荷計算

2.2.1風載及樓梯載荷

整個樓梯及平臺的重力等效為點1～5的集中力，其風荷載作用詳見圖2，圖3。

2.2.2起吊軌道支架、雨棚和頂部欄桿載荷的計算

雨棚和頂部欄桿主要起防護的作用，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算

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

2.2.4灰載的計算

除塵器正常工作時，灰約占了整個灰斗高度的1/3，簡化計算時取灰的高度為1.5 m，即灰裝滿整個下部灰斗。

2.2.5重力及工作負壓

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結點上。

除塵器的箱體內部的工作負壓按照-6 000 Pa加載到箱體壁上。

3 ANSYS后處理分析

3.1 應力分布圖

前處理模塊定義節點、單元；求解模塊定義求解選項、位移邊界條件和荷載，并求解。用單元表數據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容的單元表，并列出單元的單元表數據，用單元表數據繪制梁柱的位移圖詳見圖7，圖8。

3.3 彎矩圖

用單元表數據繪制梁柱的彎矩圖詳見圖9，圖10。

有限元計算結果表明箱體的最大應力為86 MPa，灰斗的最大應力為116 MPa，小于Q235A鋼的容許應力215 MPa，滿足強度要求，能滿足安全需求。

4 結語

除塵器的實際結構比較復雜，對于復雜結構采用有限元分析可以得到每個構件的應力、位移、軸力、彎矩對結構強度、剛度及穩定性，計算結構直觀明確，便于根據結果對原設計方案進行優化，最終達到節約材料、減少重量的目的。該精細化設計對優化結構設計具有實際意義，對指導實際工程具有一定的價值。