基于ANSYS 的石灰石料倉靜力和屈曲分析

宋 靜 張 秒 陶 瑛 宋 會 秦俊山

中材建設有限公司（100176）

石灰石料倉是水泥生產企業在原料配料站用于暫時存儲石灰石的存儲裝置。由于石灰石是水泥生產中用量最大的原料[1]，該料倉的強度、剛度和穩定性對生產線的連續安全運轉非常重要。文章采用有限元軟件ANSYS19.0 對石灰石料倉進行建模求解，根據計算出的最大應力應變進行該設備結構的強度校核和應力評定；為了防止料倉傾覆，進行了屈曲分析，對該料倉的穩定性進行了評價。

1 模型

該φ5.5 m×18.3 m 石灰石料倉的主要設計參數：主要部件材料為Q235，物料容重為1 400 kg/m3。如圖1 所示，石灰石料倉圓筒形倉壁直徑為5.5 m，高度約為10.5 m，壁厚為10 mm；錐形倉底高度約為7.8 m，壁厚為12 mm，矩形出料口尺寸為1 100 mm×1 300 mm。

料倉筒體是用鋼板卷制焊接而成的薄壁殼體，其厚度遠小于板面長寬的尺寸，屬于有限元的薄板問題。 建立有限元模型時，薄板問題通常采用殼單元[2]。料倉的模型建立，忽略了小接管及附件等附屬結構，保留了筒體、支座、加強筋等主要結構。 根據料倉的幾何結構，采用殼單元建模，有限元模型如圖2 所示。

2 邊界條件

2.1 約束

料倉豎直安裝， 通過支座固定安裝在支撐梁上，對支座底板施加全約束。

2.2 載荷

自重可通過定義單元材料屬性中的材料密度，求解時定義重力加速度來施加。 物料載荷、小接管和附件等結構的質量可按等效密度施加到對應單元上。

2.3 材料特性

料倉倉壁采用普碳鋼Q235， 其20 ℃時的材料特性見表1，其中δ 為鋼板厚度。

圖1 石灰石料倉幾何結構圖（左）圖2 石灰石料倉有限元模型（右）