当前位置：首页 > 创业 > 正文内容

挠度值(挠度值是什么)

admin2个月前 (03-24)创业17

摘要

采用SolidWorks有限元分析软件对除尘器设备上的结构件进行强度计算，探寻归纳结构件所受应力和变形挠度与理论计算的偏差规律，进而为新结构件的应用提供有力的数值依据。计算分析结果表明：仿真应力的结果比理论计算值偏小约15%，而理论计算挠度值是仿真结果的约4.5倍。借用该条规律，对某水泥厂除尘器壳体上压型钢板结构件进行强度计算分析，在许用应力和挠度范围内，优化合理的压型钢板尺寸，最终为压型钢板在除尘器上的应用提供有力的数值依据，代替原来的结构形式，达到降低成本的目的。

袋式除尘器有着除尘效率高、不受粉尘和烟气特性影响、运行稳定的优点，所以一直受到许多行业的青睐，尤其在水泥生产线中，对尾气排放和生熟料的收集，大型袋式除尘器更是必不可少的设备。然而袋式除尘器属于传统工业设备，壳体多采用钢板布置型材的结构形式，结构较为固定。设计思路及结构强度主要采用的是传统的理论计算和经验。随着市场竞争压力的不断上涨，为降低设计及制作成本，设计制造单位纷纷对除尘器设备进行结构优化或推出新的结构形式，进而满足市场的要求和利润最大化。对某些结构构件优化或新结构形式的传统理论计算较难实现，例如压型板。计算时需要做出较多的简化，这样一来可能会降低新结构的有效利用率，也未必能到达降低设备重量的效果。目前较为流行的方法就是采用有限元法进行结构优化分析，有限元分析软件较多，而实例分析时也会出现计算与实际结构受力的偏差。所以，在应用时对软件的计算结果需要有所了解，熟悉或掌握这样的偏差规律。

为降低设备重量，减少投资成本，本文采用压型钢板作为除尘器壳体进行研究。利用SolidWorks有限元分析软件，首先对除尘器设备已有的壳体结构件进行强度分析，通过与理论设计的结果进行对比验证，找出两者之间比例关系的规律，并利用该规律对某水泥厂新设备壳体板换成的压型钢板进行强度分析，最终归纳出符合强度要求尺寸的压型钢板作为组成壳体的有效单元。

1　壳体结构件的三维建模和材料属性

壳体是除尘器设备上的重要组成部分，长时间承受负压和风载的作用，还有窑头、窑尾处由于温度导致材料屈服强度变化的影响，设计不慎就会被强大的压力“压扁”，造成严重的生产事故。因此，在设计时必须对壳体的结构件进行严格的强度校核，而壳体结构件强度校核有两个因素至关重要，分别是最大应力值和最大挠度，设计时最大应力应该小于或等于某温度下的材料许用应力，而最大挠度不超过许用值。文中以某水泥公司已有除尘设备为例进行分析，对该壳体上的3种结构件进行建模分析，找寻规律。

1.1　除尘器壳体建模

挠度值(挠度值是什么) 第1张

采用SolidWorks软件对3种壳体结构件进行模型建立，具体结构截面如图1所示。

图1　除尘器壳体3种结构件截面示意

图1中，①型是140 mm×100 mm的方钢管，t=5 mm，h=3 050 mm；②型是140 mm×100 mm的方钢管与60 mm×6 mm扁钢组合，h=3 050 mm；③型是160 mm×80 mm的双方钢管，t =5 mm ，h =4 075 mm 。其中：t——型材厚度；h——型材高度（长度）。

1.2　除尘器壳体材料

除尘器壳体材料性能如表1所示。

表1　材料性能（Q235B）

2　壳体结构件的仿真结果与理论计算值对比

假设壳体承受的综合载荷为5 000 Pa，运行时的温度约150 ℃，对该壳体上的3种结构件进行强度计算和有限元分析对比。

2.1　理论计算

在理论计算时，将3种结构件简化为两端固定的标准简支梁，在结构未达到屈服强度的情况下进行计算，依照的公式有：

通过上述公式计算，得出3种已有结构构件的结果如表2所示。

表2　除尘器壳体3种结构件所受应力和挠度理论计算效果

通过理论计算可知：①型的最大应力值173.84 MPa，最大挠度为12.63 mm；②型的最大应力值120.93 MPa，最大挠度为8.88 mm；③型的最大应力值152.11 MPa ，最大挠度为17.4 mm。其中，①型和③型结构已经超出了许用应力140 MPa 。

2.2　仿真静力分析结果

对3种结构件进行线性静态分析，不考虑非线性因素，采用SolidWorks自带的simulation仿真模块进行边界条件设置和网格划分：模型两端做面固定设置，结构件垂直方向受水平作用力，网格划分采用自动划分，同时将精度调到最大。分析计算前对模型基本假设如下：（1）材料连续无空隙；（2）材料各处性质相同；（3）任意方向材料性质也相同。

通过SolidWorks软件求解器得出3种结构件计算结果如图2~图4所示。

图2　①型结构件所受应力和挠度

通过仿真分析可知：①型的最大应力值151.7 MPa ，最大挠度为2.881 mm；②型的最大应力值105.8 MPa，最大挠度为2.079 mm；③型的最大应力值133.6 MPa，最大挠度为3.883 mm。

图3　②型结构件所受应力和挠度

图4　③型结构件所受应力和挠度

2.3　仿真结果与理论计算值对比

通过对结构件所受应力和变形挠度与理论计算结果进行比较，探寻归纳两者偏差规律。借用如下公式进行分析，具体对比结果见表3和表4 。

由表3可以观察到：3种结构件的最大应力仿真结果与理论值偏差值都很接近，可见仿真结果和理论计算是成一定的比例关系，归纳上面结果最大偏差为14.6%，通过化整偏差约15%。再由表4可以观察到：3种结构件的最大挠度仿真结果与理论值偏差也很接近，可见仿真结果和理论计算也是有一定的倍数关系，归纳上面最大倍数约为4.5倍。由此说明，SolidWorks软件可以为壳体压型板的应用提供有力的数值基础。

表3　结构件最大应力

3　压型板建模及边界条件设置

压型钢板具有单位重量轻、强度高、抗震性能好、施工快速、外形美观等优点，是良好的建筑材料和构件，根据不同使用功能要求，压型钢板可压成波形、双曲波形、肋形、V形、加筋型等，本文采用波形压型板进行分析。

3.1　压型板模型建立

压型板宽度（高度）h已规定不变，在确保压型板强度满足的情况下，可调节长度l的最大值。本文中对3个长度进行分析，分别是：2 610 mm、3 000 mm和3 500 mm。波形压型板结构示意如图5所示。

图5　波形压型板结构示意

3.2　网格划分及边界条件设置

依然采用SolidWorks软件自带的仿真模块进行边界条件设置和网格划分：模型两端做面固定设置，压型板表面施加压强5 000 Pa ，如图6所示，网格划分采用自动划分，同时将精度调到最大。

4　模型仿真结果及现场应用

通过求解器计算得出3种长度的压型板仿真结果，并通过上述总结的偏差规律转换为理论值，具体如表5所示。

由表5中可以看出，压型板长度在2 610 mm时，由仿真结果转换成应力理论值为90.56 MPa，完全满足材料的许用应力140 MPa；最大挠度按照平板容许值l/150，即：17.4 mm ，可见转换后的理论值为22.95 mm，很接近容许值。因此，壳体采用压型板设计时长度必须小于2 610 mm，才能保证有效强度。图7是某水泥厂压型板壳体除尘器的安装现场，目前已投入使用，设备强度满足工况要求，运行稳定。

图6　压型板模型网格划分和边界条件

表5　3种长度压型板强度结果

5　结论

（1）本文基于SolidWorks软件有限元模块对除尘器壳体结构件进行数值仿真分析，并通过与理论计算进行对比，归纳了两者的最大应力和最大挠度的规律，具体规律：仿真应力的结果比理论计算值偏小约15% ，而理论计算挠度值是仿真结果的约4.5倍。

图7　某水泥厂压型板壳体除尘器安装现场

挠度值(挠度值是什么) 第2张