【正文】 自重。 當(dāng)滿灰載時，將積灰荷載分解為灰斗板的法向荷載荷切向荷載。模型中自上向下，加強(qiáng)筋 1,2,4,5 為角鋼， 3 為槽鋼。 移動縱向加強(qiáng)筋的位置 （各為 150mm） ，避免交于一點以緩解應(yīng)力集中 ，如圖 54 所示 。 剛度變形約束 : △ lmax≤ [△ l] （ 62） 式中 : [△ l]表示 材料許用最大變形 。例如，灰斗的零部件尺寸直。 許用應(yīng)力約束 : σ max≤ σ s/[n] （ 61） 式中 :σs一材料的許用應(yīng)力極限 [n]一安全系數(shù) 由于袋式除塵器灰斗所用材料為 Q235 鋼，該材料屈服極限 (失效應(yīng)力 ) 為185235MPa，根據(jù)大量試驗和工程實踐結(jié)果，一般機(jī)械設(shè)計制造中，靜載荷條件下塑性材料安全系數(shù) ,可取為 ~。 模型三 頂面四周加扁鋼，扁鋼寬 120mm，扁鋼厚 12mm。 加載程序 .txt 灰斗殼體模型的建立 與 分析 模型一 先建一個只有橫向加強(qiáng)筋的簡單模型 如圖 44，分析它的應(yīng)力應(yīng)變情況，根據(jù)強(qiáng)度要求改進(jìn)結(jié)構(gòu)。 在卸灰前或者卸灰系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，積灰達(dá)到一定數(shù)量，積灰荷載為主要荷載。 具體計算方法： 第一種是均布負(fù)壓作用，直接施加在灰斗壁板法線方向 :不考慮灰斗自重。積灰在灰斗內(nèi)壁上，法向壓力標(biāo)準(zhǔn)值計算公式： )s in( c o s 22 ?? kPP vknk ?? （ 41） 切向壓力標(biāo)準(zhǔn)值計算公式： ??? c o ss in)1( kPP vkk ?? （ 42） 其中， SPvk ?? 是單位水平面上的豎向壓力標(biāo)準(zhǔn)值，取灰斗頂面與底面的平均值； )2/45(2 ??? otgk 為貯料側(cè)壓力系數(shù)； ? 是漏斗壁對水平面的夾角； S 是計算深度。 施加灰斗載荷 ① 負(fù)壓作用 ： 灰斗的四個壁同時受負(fù)壓作用，取工藝提供值計算?；叶窔んw部分采用自由網(wǎng)格劃分并采用 SHELL181 單元，單元長度為 50mm。 網(wǎng)格劃分 通過 ANSYS 直接建立的實體模型在經(jīng)過網(wǎng)格 劃分后成為有限元模型，才能進(jìn)行有限元分析。單元的 x 方向可以旋轉(zhuǎn) THETA 角（角度）。 SHELL181 具備彎曲和膜的特性，能承受平面內(nèi)和法線方向的荷載。隨著有限元軟件的不斷完善和計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，目前采用有限單元法用板殼單元模擬結(jié)構(gòu)的真實構(gòu)形，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行基于殼體理論的多工況分析己可以實現(xiàn)。壁板面內(nèi)拉力主要由壁板承擔(dān)。 兩種灰斗都屬于殼體結(jié)構(gòu)。確定出影響目標(biāo)的獨立的設(shè)計參數(shù) (稱設(shè)計變量 )例如，一個產(chǎn)品的零部件尺寸直接影響產(chǎn)品體積和外形，因此可將零部件的尺寸作為體積目標(biāo)優(yōu)化的設(shè)計量。它必須是設(shè)計變量的函數(shù)，也就是說，改變設(shè)計變量的數(shù)值將改變目標(biāo)函數(shù)的數(shù)值。 ANSYS中的設(shè)計變量、狀態(tài)變量和目標(biāo)函數(shù)總稱優(yōu)化變量。 ANSYS 的優(yōu)化設(shè)計功能使其在有限元分析軟件中獨領(lǐng)風(fēng)騷，堪稱一絕。 傳統(tǒng)的方法無論是分析還是設(shè)計都存在大量的簡化和經(jīng)驗，準(zhǔn)確性差。 本 論 文即采用該方法進(jìn)行參數(shù)化建模。 ④ 整體矩陣方程求解 ： 引入約束條件，對結(jié)構(gòu)的總體矩陣方程求解，得到各節(jié)點的位移，進(jìn)而計算出節(jié)點的應(yīng)力和應(yīng)變。 有限元分析 是利用數(shù)學(xué)近似的方法對真實物理系統(tǒng)（幾何和載荷工況）進(jìn)行模擬。由于后處理階段完全同前處理階段和求解階段集成在一起，故求解結(jié)果已存于數(shù)據(jù)庫且能立即查看。在求解階段，用戶可以定義分析類型、分析選項和載荷數(shù)據(jù)，然后開始有限元求解。 ANSYS 提供了廣泛的模型生成功能，從而使用戶可以快捷地建立實際工程系統(tǒng)的有限元模型。 軟件提供了 100 種以上的單元類型，用來模擬工程中的各種結(jié)構(gòu)和材料。 本文選取了袋式除塵器的典型結(jié)構(gòu)灰斗進(jìn)行分析研究。含塵氣體經(jīng)濾袋過濾后進(jìn)入潔凈室，經(jīng)提升閥箱體進(jìn)入風(fēng)道 。 脈沖袋式除塵器本體鋼結(jié)構(gòu)組成 本文以單排單側(cè)風(fēng)道式脈沖袋式除塵器為例來說明除塵器本體鋼結(jié)構(gòu)的組成。 （ 2）上進(jìn)風(fēng)袋式除塵器。 （ 2）外濾式袋式除塵器。由于圓袋的支撐骨架及連接較簡單，清灰容易，維護(hù)管理也比較方便，所以應(yīng)用非常廣泛。積累到一定量，由灰斗底部排出。當(dāng)粉塵和濾布所帶的電荷相反時，粉塵就被吸附在濾布上，從而提高除塵效率，但粉塵清除較難。氣速越高，穿破現(xiàn)象越嚴(yán)重。它的工作機(jī)理是粉塵通過濾布時產(chǎn)生的篩分、慣性、黏附、擴(kuò)散和靜電等作用而被捕集。 脈沖噴吹袋式除塵器具有多種形式，如逆噴、順噴、對噴、環(huán)隙噴吹等。他的應(yīng)用數(shù)量約占各類除塵器總量的 60%～ 70%。 第二章 袋式除塵器簡介 4 第二章 袋式除塵器簡介 袋式除塵器簡介 袋式除塵器是指利用纖維性濾袋捕集粉塵的除塵設(shè)備。利用優(yōu)化結(jié)果對模型更新 ,再 進(jìn)行分析證明了優(yōu)化結(jié)果的合理性和可靠性。自控系統(tǒng)的功能更為齊全，對清灰進(jìn)行程控，自動檢測除塵設(shè)備和第一章 概述 3 系統(tǒng) 的溫度、壓力、壓差、流量參數(shù)、超限報警；對清灰參數(shù)（周期持續(xù)時間等）進(jìn)行顯示。在凈化180～ 280 ℃的煙氣時，人們有了更多的選擇余地。 袋式除塵器在適應(yīng)高含塵濃度方面實現(xiàn)突破，能夠直接處理含塵濃度1400g/m3的氣體，比以往提高數(shù)十倍，并達(dá)標(biāo)排放。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 近半個世紀(jì)以來 ,我國的經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展 ,現(xiàn)代化工業(yè) ,尤其是重化工、原材料、能源等工業(yè)更是突飛猛進(jìn) ,但加快經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時 ,工業(yè)生產(chǎn)所產(chǎn)生的粉塵、纖塵等不僅會破壞作業(yè)環(huán)境 ,還會污染大氣環(huán)境 ,危害人們的健康。有相當(dāng)一批除塵器產(chǎn)品的耗鋼量指標(biāo)超過 90 kg/㎡ ，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國外先進(jìn)水平。優(yōu)化結(jié)果顯示， 灰斗總質(zhì)量 與優(yōu)化前比，減少了 %，整體優(yōu)化效果明顯。 作者簽名： 日期： 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人完全意識到本申明的法律后果由本人承擔(dān)。通過有限元分析軟件 ANSYS，對灰斗進(jìn)行殼體建模，網(wǎng)格參數(shù)化，載荷及材料屬性參數(shù)化等以有限元分析結(jié)果為依據(jù)對灰斗進(jìn)行優(yōu)化時，采用了基于整體對各個部件分步進(jìn)行優(yōu)化的方法。而除塵器本體較少采用計算機(jī)優(yōu)化設(shè)計，選材隨意、結(jié)構(gòu)笨重，缺乏創(chuàng)新意識。在滿足工藝條件的情況下，對除塵器的本體鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，降低用鋼量，是降低除塵器成本，提高市場競爭力的有效辦法。近幾年，煉鋼轉(zhuǎn)爐的二次煙塵治理多采用大型脈沖，其中最大的過濾面 積達(dá) 15880m2，處理風(fēng)量 150 萬 m3/h，其經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境效益都明顯好于以往。玻纖濾料在增強(qiáng)其抗折、耐磨性等方面獲得進(jìn)展，去年還開發(fā)成功了專門適用于垃圾焚燒的玻纖濾料。自控系統(tǒng)普遍加強(qiáng)了自身的 抗干擾性能，在供電電壓波動，粉塵侵?jǐn)_等不利條件下，不少產(chǎn)品都能可靠運(yùn)行。優(yōu)化結(jié)果顯示 ,灰斗結(jié)構(gòu) 優(yōu)化效果明顯。 ② 用先進(jìn)的大型的計算機(jī)輔助設(shè)計及有限元分析軟件 (我將應(yīng)用 ANSYS 軟件 )，對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，以獲得合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)，為規(guī)范大型除塵器的設(shè)計和 生 產(chǎn)提供重要理論依據(jù)。因此，應(yīng)用中備受青睞。由于脈沖噴吹型袋式除塵器具有噴吹效果好、設(shè)備運(yùn)行可靠、除塵效率高、阻力小等優(yōu)點， 使得脈沖除塵器成為當(dāng)今袋式除塵器特別是大型脈沖袋式除塵器的主流和發(fā)展趨勢。過濾機(jī)理取決于濾料和粉塵層多種過濾效應(yīng)。過濾氣速越高，慣性作用也越大，但氣速太高，通過濾布的氣量也增大，氣流會從濾布薄弱處穿破，造成除塵效率降低。 ⑤ 靜電作用 粉塵顆粒間相 互撞擊會放出電子產(chǎn)生靜電，如果濾布是絕緣體，會使濾布充電。當(dāng)除塵器壓差達(dá)到一定數(shù)值或者過濾持續(xù)一定時間，清灰閥將控制脈沖高壓氣體沿噴吹管從噴孔中高速噴出，高速氣流與它所引起的誘導(dǎo)氣流進(jìn)入濾袋中，使濾袋急劇膨脹、收縮，使濾袋產(chǎn)生沖擊振動，同時氣流由內(nèi)向外噴出，使附著在濾袋外表面的粉塵脫落，被灰斗所收集。圖 22 中， b、 c、 d、 e 均為圓袋式除塵器，濾袋形狀為圓筒形，直徑一般為 120~300 ㎜，最大 不超過 600mm,高度為 2 ~ 3m，也有 10m以上的。一般機(jī)械振動、反吹風(fēng)等清灰方式多采用內(nèi)濾形式。下進(jìn)風(fēng)式除塵器結(jié)構(gòu)簡單，成本低，應(yīng)用較廣。負(fù)壓式除塵器，風(fēng)機(jī)置于除塵器之后，除塵器在負(fù)壓狀態(tài)下工作，由于含塵氣體經(jīng)凈化后再進(jìn)入風(fēng)機(jī)，因此對風(fēng)機(jī)的磨損很小，這種方式采用較多。中箱體為鋼框架加圍護(hù)板結(jié)構(gòu)，圍護(hù)板主要承受負(fù)壓作用，中箱體柱主要承受其上部設(shè)備的自重荷載和相關(guān)活荷載，同時承受圍護(hù)板傳 遞的荷載。 灰斗是除塵器的重要部件，對除塵器的影響很大，通過分析灰斗的結(jié)構(gòu)并進(jìn) 行優(yōu)化來改進(jìn)除塵器的本鋼結(jié)構(gòu) 。 ③ 后處理模塊可將計算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示（可看到結(jié)構(gòu)內(nèi)部）等圖形方式顯示出來，也可將計 算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。所有這些坐標(biāo)系均能在空間的任意位置和任意方向設(shè)置。 在前處理階段完成建模及網(wǎng)格劃分后，用戶在求解階段，通過求解器獲 得分析結(jié)果。交互式后處理過程中，圖形可聯(lián)機(jī)輸出到顯示設(shè)備上，也可以脫機(jī)輸出到繪圖儀上。簡言之，就是化整為零分析，積零為整研究。 ③ 建立整體矩陣方程 ： 將各單元的剛度矩陣集合成整體剛度矩陣 :各點單元的等效節(jié)點載荷向量集合成總的載荷向量，把整體結(jié)構(gòu)的各單元矩陣方程合并成一個整體矩陣方程。 因此 ， 如果希望以幾何模型中的設(shè)計參數(shù)作為形狀優(yōu)化的設(shè)計變量 ， 就必須將設(shè)計參數(shù)的作用范圍延拓至有限元模型 ， 使有限元模型能夠根據(jù)設(shè)計變量的變化 ， 實現(xiàn)有限元模型的參數(shù)化，即必須基于有限元軟件平臺建立參數(shù)化模型，包括：幾何模型的參數(shù)化、網(wǎng)格的參數(shù)化及邊界條件參數(shù)化 。這個設(shè)計過程周期長、效率低，并且得到的結(jié)果僅是可行方案，多數(shù)不是最優(yōu)設(shè)計。結(jié)構(gòu)分析主要采用有限元分析方法，有限元比結(jié)構(gòu)優(yōu)化略早，幾乎是同時發(fā)展的，但有限元方法相當(dāng)完美的變分原理理論基礎(chǔ)及其良好的數(shù)值性質(zhì)使它很快地被工程界所接受，并廣泛應(yīng)用，現(xiàn)已成為結(jié)構(gòu) 力學(xué)等領(lǐng)域主要的分析工具。最優(yōu)設(shè)計是既滿足所有的約束條件又能得到最小目標(biāo)函數(shù)值的設(shè)計。 ② 目標(biāo)函數(shù)是要盡量減小的數(shù)值。應(yīng)該根據(jù)所掌握的資料，制定出所應(yīng)達(dá)到的目標(biāo) ?；叶穼儆陔p軸對稱的結(jié)第四章 袋式除塵器灰斗結(jié)構(gòu)分析 17 構(gòu)。豎向加勁肋主要承受壁板法向受壓時傳遞的彎矩。但這種方法有一定的局限性。 SHELL181 單元能更好的模擬由板構(gòu)成的型鋼。單元坐標(biāo)系的方向正如坐標(biāo)系中描述的那樣。 材料屬性定義 本結(jié)構(gòu)采用鋼 Q235 作為材料，彈性模量 取 ，泊松比為 。 本論文的 灰斗結(jié)構(gòu)中有很多橫向和縱向角鋼槽鋼作為加強(qiáng)筋，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜?；叶飞享斆媾c下框架頂梁密封焊接，并且灰斗頂平面內(nèi)有強(qiáng)支撐系統(tǒng)，因此模型分析時約束灰斗頂面四條邊的所有自由 度 。 荷載計算方法 ① 參考《糧食鋼板筒倉設(shè)計規(guī)范》，（ GB 503222020）。所以重點是防止結(jié)構(gòu)變形過大。此時除灰斗自重和灰斗下部懸掛設(shè)備外，灰斗壁板不受其他面切向荷載。 參照《 ANSYS 分析實例集》在任意面施加任意方向任意變化的壓力的方法，首先選中要加載的面，然后選中面上的單元，并獲取最大與最小單元編號，將力的施加方式設(shè)置為 累加 ，獲得豎直方向投影面積和水平方向投影面積，輸入壓力隨坐標(biāo)變化的公式 p_e1= ? *cos? *ye+300 （其中 300M Pa 是保溫層的壓力） p_e2,=? *k*sin? *ye 然后計算出面上的總應(yīng)力，再把總應(yīng)力施加在每一個單元上 。 圖 51 模型二 圖 52 第五章 灰斗結(jié)構(gòu)的改進(jìn) 25 圖 53 加縱向加強(qiáng)筋后，最大應(yīng)變?yōu)?，最大應(yīng)力為 ，灰斗的應(yīng)力有了較明顯的減小，但仍然超出了材料的許用應(yīng)力范圍，仍需改進(jìn)。 第六章 灰斗結(jié)構(gòu)的優(yōu)化 28 第六章 灰斗結(jié)構(gòu)的優(yōu)化 定義約束條件 在進(jìn)行參數(shù)化分析或優(yōu)化分析之前，必須定義所選好模型的約束條件，包括模型剛度，強(qiáng)度方面的要求，以及變量的優(yōu)化范圍等。確定出影響目標(biāo)的獨立的設(shè)計參數(shù) (稱設(shè)計變量 ) 。 殼體變形要求：板：短邊的 1/150；在灰斗中變形主要是在灰斗的中間部位，暫且取板邊長為 2m,變形就為 。 圖 54 模型三 第五章 灰斗結(jié)構(gòu)的改進(jìn) 26 圖 55 圖 56第五章 灰斗結(jié)構(gòu)的改進(jìn) 27 圖 57 第二次改進(jìn)后的模型，最大應(yīng)變?yōu)?，最大應(yīng)力為 112mp。所有加強(qiáng)筋角鋼的長肢水平放置；每 根 加 強(qiáng) 筋 的 距 離 都 是 灰 斗 的高 5000/6mm,即將灰斗六等分施加加強(qiáng)筋。參考《鋼 筋混凝土筒倉設(shè)計規(guī)范》 ??? 2c ossin21 SkPh ? （ 48） )s in21(c os21 2 ??? kSkPv ??