鋼結(jié)構(gòu)有限元分析

鋼結(jié)構(gòu)有限元分析,鋼結(jié)構(gòu),有限元分析 2 受料倉(cāng)與給料機(jī)的鋼結(jié)構(gòu)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(jī)布置圖，它的工作過(guò)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(cāng)，受料倉(cāng)存儲(chǔ)大粒度煤塊。刮板給料機(jī)把受料倉(cāng)的大粒度的煤塊連續(xù)的刮給破碎平臺(tái)的破碎機(jī)。破碎機(jī)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(jī)布置圖 破碎站鋼結(jié)構(gòu)的彈性模量E＝200000MPa，泊松比m=0.3，質(zhì)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(jié)構(gòu)離散化時(shí)，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(dāng)于二力桿，所以H型鋼用梁?jiǎn)卧M，角鋼用桿單元模擬。破碎站是由受料倉(cāng)與給料機(jī)和破碎平臺(tái)與控制室兩部分組成，故計(jì)算時(shí)是分別對(duì)這兩部分進(jìn)行的。離散后，受料倉(cāng)和給料機(jī)共686個(gè)單元，其中梁?jiǎn)卧?98 個(gè)，桿單元88個(gè)，節(jié)點(diǎn)總數(shù)為597個(gè)，有限元模型如圖2.3和圖2.4所示。 圖2.3 受料倉(cāng)與給料機(jī)有限元模型 圖2.4 受料倉(cāng)與給料機(jī)有限元模型俯視圖 2.2載荷等效計(jì)算 2.2.1主要結(jié)構(gòu)截面幾何參數(shù) 破碎站主要結(jié)構(gòu)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(cāng)及給料機(jī)支撐結(jié)構(gòu) 料倉(cāng)及給料機(jī)六根支撐立柱(H500×400×12×20) A= 215.2mm2，Iy＝101947×104mm4，Iz＝21340×104mm4，I＝240×104mm4 料倉(cāng)B－B面橫梁和給料機(jī)E－E、F－F面橫梁(H400×300×12×20) A=16320mm2，Iy＝48026×104mm4，Iz＝9005×104mm4，I＝181×104mm4 料倉(cāng)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(jī)兩根縱梁(H550×400×12×20) A=22120mm2，Iy＝125678×104mm4，Iz＝21341×104mm4，I＝243×104mm4 給料機(jī)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(shí)際載荷情況 給料機(jī)自重載荷：65000kg 最大驅(qū)動(dòng)扭矩：2*150kN-m 給料機(jī)動(dòng)力載荷：垂直載荷系數(shù):1.3；水平載荷系數(shù):0.3 受料倉(cāng)支撐柱實(shí)際支撐物料載荷：150000kg 給料機(jī)尾部受倉(cāng)壓載荷：50000kg 給料機(jī)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(gè)倉(cāng)柱上) 走道平臺(tái)載荷:沿設(shè)備兩側(cè)考慮走道寬度為1米，按300kg/m2考慮 結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載：按0.6kN/m2考慮 地震載荷：地震烈度8度 料倉(cāng)自重載荷：85000kg 清掃溜槽自重：6000kg 導(dǎo)料擋板自重載荷：30000kg 支撐結(jié)構(gòu)（除滑橇自重）:30000kg 2.2.2實(shí)際等效計(jì)算結(jié)果 走道平臺(tái)載荷 數(shù)值：q1＝3.6(N/mm) 位置：垂直作用在給料機(jī)兩根縱梁上。 風(fēng)載 數(shù)值：q2＝2.295(N/mm) 位置：-z方向的迎風(fēng)梁上。 驅(qū)動(dòng)扭矩 數(shù)值：M＝195×106(N·mm) 位置：縱梁的前端，由破碎平臺(tái)傳遞過(guò)來(lái)。 料機(jī)尾部受倉(cāng)壓載荷 數(shù)值：q3＝69.02899(N/mm) 位置：縱梁的尾部，方向?yàn)橹亓Ψ较颉? 給料機(jī)前部物料載荷 位置：縱梁的E_E截面到給料機(jī)前端。 數(shù)值：q4＝67.200(N/mm) 導(dǎo)料擋板自重 數(shù)值：q5＝12.85714(N/mm) 位置：垂直作用在給料機(jī)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(jī)兩根縱梁上。 圖2.6 作用在受料倉(cāng)與給料機(jī)上的壓力載荷模型 受料倉(cāng)支撐柱支撐物料載荷 數(shù)值：F＝300000(N) 位置：受料倉(cāng)每根支撐柱的頂端，方向?yàn)橹亓Ψ较颉? 物料沖擊載荷 數(shù)值：M＝28.000(N·mm) 位置：受料倉(cāng)每根支撐柱的頂端，方向由右手定則判斷。 給料機(jī)自重載荷 Fy＝153833(N) 位置：受料倉(cāng)每根支撐柱的頂端，方向?yàn)橹亓Ψ较颉? Fz＝45500(N) 位置：受料倉(cāng)每根支撐柱的頂端，其水平載荷方向與風(fēng)載相同。 圖2.7 作用在受料倉(cāng)與給料機(jī)上的集中載荷模型 圖2.8 受料倉(cāng)與給料機(jī)的載荷模型 2.3有限元分析結(jié)果 2.3.1受料倉(cāng)與給料機(jī)整體位移 最大z方向的位移出現(xiàn)在受料倉(cāng)連結(jié)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(jī)自重載荷的水平分量引起的。 圖2.9 受料倉(cāng)與給料機(jī)的z方向變形 最大y方向位移位于給料機(jī)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(jī)的驅(qū)動(dòng)扭矩和給料機(jī)前部的物料載荷共同引起的。 圖2.10 受料倉(cāng)與給料機(jī)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(jī)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(diǎn)分析的部位。 圖2.11 受料倉(cāng)與給料機(jī)的x方向變形 如圖2.12受料倉(cāng)與給料機(jī)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(gè)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(cāng)與給料機(jī)的整體的變形 2.3.1分析部位圖 為了便于對(duì)出現(xiàn)危險(xiǎn)部位位置的描述，參考圖2.13危險(xiǎn)部位側(cè)視圖 1 2 3 4 5 6 7 ….. 8 9 10 11 圖2.13 危險(xiǎn)部位側(cè)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?yàn)閷?shí)際物體的重力方向，也是立柱的方向。X方向?yàn)榭v梁的方向。縱梁與水平面上傾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(jié)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(yīng)力如圖2.15所示。對(duì)應(yīng)的最大軸向應(yīng)力為-26.034MPa。因?yàn)檫@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(yīng)力圖 相對(duì)于立柱梁?jiǎn)卧植孔鴺?biāo)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(biāo)y軸的彎矩圖 對(duì)應(yīng)的應(yīng)力如圖2.17所示，最大應(yīng)力為33.031MPa。最小應(yīng)力為-33.118MPa。 圖2.17 局部坐標(biāo)y軸的彎曲應(yīng)力圖 相對(duì)應(yīng)立柱梁?jiǎn)卧植孔鴺?biāo)z軸的彎矩如圖2.18所示，最大彎矩位于B－B面中風(fēng)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(jié)點(diǎn)處彎矩?cái)?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(biāo)z軸的彎矩圖 對(duì)應(yīng)的應(yīng)力如圖2.19所示，B－B面中風(fēng)載作用面立柱底部應(yīng)力為19.625MPa，底部連結(jié)點(diǎn)處應(yīng)力為30.605MPa，D－D面第一根水平橫梁處應(yīng)力為24.024MPa。 圖2.19 局部坐標(biāo)z軸的彎曲應(yīng)力圖 2.2.3兩根縱梁結(jié)果 兩根縱梁軸向力如圖2.20，可見兩根縱梁軸向應(yīng)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(yīng)力如圖2.21所示，可見兩根縱梁軸向應(yīng)力很小，最大軸向應(yīng)力＝13.066MPa，位于F面和縱梁前端之間。 圖2.21 兩根縱梁軸向應(yīng)力圖 相對(duì)于縱梁梁?jiǎn)卧植孔鴺?biāo)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(qū)動(dòng)扭矩作用在懸臂梁頂端。 圖2.22 局部坐標(biāo)y軸的彎矩圖 對(duì)應(yīng)的應(yīng)力如圖2.23所示，最小應(yīng)力＝-97.755MPa，位于F－F面處，。 圖2.23 局部坐標(biāo)y軸的彎曲應(yīng)力圖 相對(duì)于縱梁梁?jiǎn)卧植孔鴺?biāo)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(jī)尾部受倉(cāng)壓載荷，位置是縱梁和C_C截面相連接。 圖2.24 局部坐標(biāo)Z軸的彎矩圖 對(duì)應(yīng)的應(yīng)力如圖2.25所示，最小應(yīng)力＝-47.911MPa。位于C－C面處。 圖2.25 局部坐標(biāo)Z軸的彎曲應(yīng)力圖 19