鋼結構有限元分析

鋼結構有限元分析,鋼結構,有限元分析 2 受料倉與給料機的鋼結構有限元分析 2.1建立有限元模型 如圖2.1破碎站主視圖和圖2.2破碎機布置圖，它的工作過程是：卸料卡車間歇把最大入料粒度為1500mm的煤塊倒入受料倉，受料倉存儲大粒度煤塊。刮板給料機把受料倉的大粒度的煤塊連續(xù)的刮給破碎平臺的破碎機。破碎機把最大入料粒度為1500mm的煤塊破碎成最大排料粒度為300mm的煤塊，煤塊由底部的傳送帶傳出。 圖2.1 破碎站主視圖 圖2.2 破碎機布置圖 破碎站鋼結構的彈性模量E＝200000MPa，泊松比m=0.3，質量密度r=7.8×10-3kg/cm3。破碎站由支撐件H型鋼和斜支撐(角鋼)組成。在結構離散化時，由于角鋼和其它部位鉸接，鉸接是具有相同的線位移，而其角位移不同。承受軸向力，不承受在其它方向的彎矩，相當于二力桿，所以H型鋼用梁單元模擬，角鋼用桿單元模擬。破碎站是由受料倉與給料機和破碎平臺與控制室兩部分組成，故計算時是分別對這兩部分進行的。離散后，受料倉和給料機共686個單元，其中梁單元598 個，桿單元88個，節(jié)點總數(shù)為597個，有限元模型如圖2.3和圖2.4所示。 圖2.3 受料倉與給料機有限元模型 圖2.4 受料倉與給料機有限元模型俯視圖 2.2載荷等效計算 2.2.1主要結構截面幾何參數(shù) 破碎站主要結構采用H型鋼梁，截面尺寸如圖2.5所示，各截面橫截面積A，截面慣性矩Iy，Iz和極慣性矩I如下。 圖2.5 截面尺寸 料倉及給料機支撐結構 料倉及給料機六根支撐立柱(H500×400×12×20) A= 215.2mm2，Iy＝101947×104mm4，Iz＝21340×104mm4，I＝240×104mm4 料倉B－B面橫梁和給料機E－E、F－F面橫梁(H400×300×12×20) A=16320mm2，Iy＝48026×104mm4，Iz＝9005×104mm4，I＝181×104mm4 料倉C－C面和D－D面橫梁(H400×400×12×20) A=20320mm2，Iy＝ 62479×104mm4，Iz＝21339×104mm4，I＝234×104mm4 給料機兩根縱梁(H550×400×12×20) A=22120mm2，Iy＝125678×104mm4，Iz＝21341×104mm4，I＝243×104mm4 給料機六根橫梁(H400×400×12×20) A=20320mm2，Iy＝ 62479×104mm4，Iz＝21339×104mm4，I＝234×104mm4 其它橫梁(H400×300×12×20) A=16320mm2，Iy＝ 48026×104mm4，Iz＝ 9005×104mm4，I＝181×104mm4 斜支撐的橫截面積 125×12：A＝2856mm2 75× 6：A＝864mm2 2.2.1實際載荷情況 給料機自重載荷：65000kg 最大驅動扭矩：2*150kN-m 給料機動力載荷：垂直載荷系數(shù):1.3；水平載荷系數(shù):0.3 受料倉支撐柱實際支撐物料載荷：150000kg 給料機尾部受倉壓載荷：50000kg 給料機前部物料載荷：4800kg/m 物料沖擊載荷（或偏心彎矩載荷）：12000kg-m(作用于每個倉柱上) 走道平臺載荷:沿設備兩側考慮走道寬度為1米，按300kg/m2考慮 結構風荷載：按0.6kN/m2考慮 地震載荷：地震烈度8度 料倉自重載荷：85000kg 清掃溜槽自重：6000kg 導料擋板自重載荷：30000kg 支撐結構（除滑橇自重）:30000kg 2.2.2實際等效計算結果 走道平臺載荷 數(shù)值：q1＝3.6(N/mm) 位置：垂直作用在給料機兩根縱梁上。 風載 數(shù)值：q2＝2.295(N/mm) 位置：-z方向的迎風梁上。 驅動扭矩 數(shù)值：M＝195×106(N·mm) 位置：縱梁的前端，由破碎平臺傳遞過來。 料機尾部受倉壓載荷 數(shù)值：q3＝69.02899(N/mm) 位置：縱梁的尾部，方向為重力方向。 給料機前部物料載荷 位置：縱梁的E_E截面到給料機前端。 數(shù)值：q4＝67.200(N/mm) 導料擋板自重 數(shù)值：q5＝12.85714(N/mm) 位置：垂直作用在給料機兩根縱梁上。 清掃滑溜槽自重 數(shù)值：q6＝2.57143(N/mm) 位置：垂直作用在給料機兩根縱梁上。 圖2.6 作用在受料倉與給料機上的壓力載荷模型 受料倉支撐柱支撐物料載荷 數(shù)值：F＝300000(N) 位置：受料倉每根支撐柱的頂端，方向為重力方向。 物料沖擊載荷 數(shù)值：M＝28.000(N·mm) 位置：受料倉每根支撐柱的頂端，方向由右手定則判斷。 給料機自重載荷 Fy＝153833(N) 位置：受料倉每根支撐柱的頂端，方向為重力方向。 Fz＝45500(N) 位置：受料倉每根支撐柱的頂端，其水平載荷方向與風載相同。 圖2.7 作用在受料倉與給料機上的集中載荷模型 圖2.8 受料倉與給料機的載荷模型 2.3有限元分析結果 2.3.1受料倉與給料機整體位移 最大z方向的位移出現(xiàn)在受料倉連結B－C－D面的水平橫梁上，其值為-4.272mm，如圖2.9所示，主要是由物料沖擊載荷和給料機自重載荷的水平分量引起的。 圖2.9 受料倉與給料機的z方向變形 最大y方向位移位于給料機縱梁最前端，如圖2.10所示，其中y方向位移為8.531mm，主要是由刮板給料機的驅動扭矩和給料機前部的物料載荷共同引起的。 圖2.10 受料倉與給料機的y方向變形 如圖2.11所示，x方向位移為4.492mm，最大等效位移在給料機縱梁最前端，位移為4.492mm，這里屬于懸臂梁，雖然有大截面的斜支撐，但是卻是要重點分析的部位。 圖2.11 受料倉與給料機的x方向變形 如圖2.12受料倉與給料機的整體變形，其中y方向的分量占的比重最大，它的方向和主要載荷在同一個方向。其它方向的分量所占的比重比較小。整體變形的最大數(shù)值為9.649mm。 圖2.12 受料倉與給料機的整體的變形 2.3.1分析部位圖 為了便于對出現(xiàn)危險部位位置的描述，參考圖2.13危險部位側視圖 1 2 3 4 5 6 7 ….. 8 9 10 11 圖2.13 危險部位側視圖 1……………B－B截面 2……………縱梁尾部 3……………C－C截面 4……………斜支撐 5……………D－D截面 6……………縱梁中部 7……………E－E截面 8……………F－F截面 9……………斜支撐 10…………斜支撐和縱梁的鉸接處 11…………縱梁前端 如圖2.13在y方向為實際物體的重力方向，也是立柱的方向。X方向為縱梁的方向?？v梁與水平面上傾10度。在垂直紙面的z方向有橫梁連接立柱和縱梁。 2.3.2支撐立柱結果 軸向力如圖2.14所示。由圖可見，支撐立柱受到軸向壓力作用，E－E面的兩根立柱軸向力較小，F(xiàn)－F面兩根立柱軸向力大，最大軸向力作用F－F面立柱底部至第一根水平橫梁之間，其值為-497590N。 圖2.14 立柱軸向力圖 軸向應力如圖2.15所示。對應的最大軸向應力為-26.034MPa。因為這幾根立柱的截面幾何參數(shù)一樣，所以出現(xiàn)的位置與軸向力相同。 圖2.15 立柱軸向應力圖 相對于立柱梁單元局部坐標y軸的彎矩如圖2.16所示，E－E面兩根立柱彎矩較大，最大彎矩位于E－E面立柱頂端，最大值My＝0.993×108N·mm，最小彎矩位于C－C面立柱頂端，最小值My＝-0.995×108N·mm， 圖2.16 局部坐標y軸的彎矩圖 對應的應力如圖2.17所示，最大應力為33.031MPa。最小應力為-33.118MPa。 圖2.17 局部坐標y軸的彎曲應力圖 相對應立柱梁單元局部坐標z軸的彎矩如圖2.18所示，最大彎矩位于B－B面中風載作用面的立柱，底部最大彎矩0.126×108N·mm，在B－B面拉筋連結點處彎矩數(shù)值為-0.196×108N·mm，D－D面第一根水平橫梁處彎矩為0.25563×108N·mm， 圖2.18 局部坐標z軸的彎矩圖 對應的應力如圖2.19所示，B－B面中風載作用面立柱底部應力為19.625MPa，底部連結點處應力為30.605MPa，D－D面第一根水平橫梁處應力為24.024MPa。 圖2.19 局部坐標z軸的彎曲應力圖 2.2.3兩根縱梁結果 兩根縱梁軸向力如圖2.20，可見兩根縱梁軸向應力很小，最大軸向力192337N，位于F面和縱梁與斜支撐的接觸之間。這里的變形也是最大的。軸的方向與大部分的載荷方向近似垂直。在斜支撐與縱梁連接到縱梁的前端只承受彎矩，不承受軸向力。 圖2.20 兩根縱梁軸向力圖 兩根縱梁軸向應力如圖2.21所示，可見兩根縱梁軸向應力很小，最大軸向應力＝13.066MPa，位于F面和縱梁前端之間。 圖2.21 兩根縱梁軸向應力圖 相對于縱梁梁單元局部坐標y軸的彎矩如圖2.22所示，其最小彎矩My＝-0.176×109N·mm，位于斜支撐與縱梁連接處，這里的彎矩最大驅動扭矩作用在懸臂梁頂端。 圖2.22 局部坐標y軸的彎矩圖 對應的應力如圖2.23所示，最小應力＝-97.755MPa，位于F－F面處，。 圖2.23 局部坐標y軸的彎曲應力圖 相對于縱梁梁單元局部坐標Z軸的彎矩如圖2.24所示，其最大彎矩Mz＝0.174×108N·mm，這里是承受給料機尾部受倉壓載荷，位置是縱梁和C_C截面相連接。 圖2.24 局部坐標Z軸的彎矩圖 對應的應力如圖2.25所示，最小應力＝-47.911MPa。位于C－C面處。 圖2.25 局部坐標Z軸的彎曲應力圖 19