混凝土攪拌站300噸料倉支腿分析及優(yōu)化計算

吳慶勇，冷紅獅

（柳工建機江蘇有限公司，江蘇 啟東226236）

0 前言

料倉是混凝土攪拌站的重要組成部分，具有儲粉料的功能，料倉支腿是料倉的鋼結(jié)構(gòu)支撐，料倉支腿的剛度和強度對料倉的安全和穩(wěn)定起著至關(guān)重要的作用。目前料倉支腿的設(shè)計選材靠經(jīng)驗和類比方法確定，沒有數(shù)據(jù)支持，結(jié)構(gòu)強度也忽強忽弱，不能對料倉支腿進行最優(yōu)的設(shè)計，因此需要對料倉支腿進行計算，以期獲得最優(yōu)的設(shè)計方案。傳統(tǒng)方法（也就是解析法）主要根據(jù)標準及經(jīng)驗公式對料倉支腿進行強度和穩(wěn)定性分析，根據(jù)計算結(jié)果選用型材及鋼板進行設(shè)計，但是由于斜梁及連接部位形狀復(fù)雜、受力情況也復(fù)雜，運用經(jīng)驗公式及標準很難計算出該部位強度情況，而且經(jīng)驗公式偏于保守，對料倉支腿的輕量化不能提供數(shù)據(jù)支持，不能提供料倉的變形數(shù)據(jù)。本文應(yīng)用Workbench[1]分析軟件對公司某型號300 t料倉支腿進行分析計算，為料倉支腿結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供數(shù)據(jù)支持，為下一步的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供支撐。

1 受力分析

料倉支腿主要承受料倉結(jié)構(gòu)重量、風載、料重量和平臺重量。見圖1.

圖1 料倉支腿結(jié)構(gòu)圖

材料性能：支梁、斜梁及平臺所選管材、工字鋼、槽鋼及鋼板所用材料均為Q235，屈服強度σs=235 MPa，拉伸強度σb=375 MPa，根據(jù)起重機設(shè)計規(guī)范[2]，許用應(yīng)力[σ]=σs/n=176.7 MPa，安全系數(shù)取n=1.33.

2 有限元模型

用Proe軟件建立如圖2所示三維實體模型，導(dǎo)入Workbench進行分析，劃分網(wǎng)格，添加有限元信息，建立計算模型，應(yīng)用Workbench軟件進行有限元計算，并給出了計算結(jié)果?；趯嶓w結(jié)構(gòu)，有限元模型作如下簡化[3]：

（1）螺栓等緊固件全部簡化，用綁定連接進行模擬。

（2）料倉進行簡化，為避免出現(xiàn)應(yīng)力集中，料倉施力面簡化成四個立柱。

（3）料倉支腿和混凝土基座的連接簡化成約束。

（4）使用實體六面體單元模擬，單元具有超彈性，應(yīng)力鋼化，蠕變，大變形和大應(yīng)變能力。還可采用混合模式模擬幾乎不可壓縮彈塑材料和完全不可壓縮超彈性材料。

（5）對于焊縫采用綁定連接進行模擬。

圖2 三維模型

網(wǎng)格劃分如下圖3.

圖3 網(wǎng)格劃分

載荷及約束：

按照混凝土基座約束4個底面，支撐所受的力有：料的質(zhì)量300 t，料倉13 t，平臺質(zhì)量7 t.安全系數(shù)取1.5.支撐受力為480 t，均分在四個立面上，每個受力120 t.見圖4.

圖4 約束及載荷

3 計算結(jié)果

見圖5、圖6、圖7、圖8從云圖分析，去除部分的虛假應(yīng)力集中，四根斜梁大面積超過屈服強度，不滿足強度要求，危險性很大，必須對上面所示結(jié)構(gòu)處進行加強。從計算變形來看，最大變形在8.6 mm左右，變形有點偏大，改善斜梁后，變形會相應(yīng)減少。

圖5 整體應(yīng)力云圖

圖6 局部放大云圖

圖7 局部放大云圖

圖8 整體位移云圖

4 改進方案

斜管規(guī)格由275 mm×5 mm改為275 mm×10 mm，根部封板及連接板板厚由12 mm改為20 mm，其他不變。改進后重新進行分析計算，得到的結(jié)果如圖9～圖13所示。

圖9 整體應(yīng)力云圖

圖10 局部放大云圖

圖11 局部放大云圖

圖12 局部放大云圖

圖13 整體位移云圖

從云圖分析，四根斜梁強度得到改善，大面積的應(yīng)力沒有超過許用應(yīng)力，局部應(yīng)力沒有超過屈服強度，滿足強度要求。從變形來看，最大變形在從8.6 mm降到了6.45 mm左右，變形得到改善。

5 結(jié)論

本文應(yīng)用Workbeach有限元分析軟件，對混凝土攪拌站300 t料倉支腿進行了分析，計算得到較為準確的剛度和強度結(jié)果。根據(jù)計算結(jié)果提供了改進方案并進行了校核計算。根據(jù)改進方案對料倉支腿進行了改進，目前該方案已經(jīng)使用一年以上沒有反饋，證明改進有效。同時為料倉支腿的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了提供了一種快速有效的途徑。

參考文獻：

[1]博弈創(chuàng)作室.ANSYS11.0LS-DYNA基礎(chǔ)理論與工程實踐[M].北京：中國水利電出版社，2008.

[2]顧迪民.工程起重機[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1988.

[3]殷有泉.非線性有限元基礎(chǔ)[M].北京：北京大學出版社，2007.