飞灰仓应力分析及强度校核报告

飞灰仓

应力分析及强度校核报告

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2012年11月

目录

1概述 (1)

1.1主要技术参数 (1)

1.2分析内容及依据 (1)

2有限元模型的建立 (1)

2.1有限元模型及网格 (1)

2.2载荷和约束 (2)

2.3有限元计算软件 (5)

3有限元应力分析与强度校核 (5)

3.1强度校核的依据 (5)

3.2材料的设计应力强度 (6)

3.3强度校核 (6)

4 应力强度分布云图 (6)

1概述

本分析报告旨在对飞灰仓进行应力分析和强度校核。

1.1主要技术参数

本分析中飞灰仓的主要技术参数如表1-1所示。

表1-1主要技术参数

外形尺寸（长×宽×高）mm 16000×8000×11386

材料Q235-B

设计压力MPa 常压

设计温度℃常温

物料密度kg/m3 1300

腐蚀余量2mm

物料内摩擦角18°

1.2分析内容及依据

（1）本分析报告的分析内容如下：

●锥底、锥顶和直仓壁的强度校核

●加强角钢的强度校核

●中间隔板的强度校核

●耳座的强度校核

（2）本分析报告的主要依据：

JB4732-1995《钢制压力容器—分析设计标准》

JB4732-1995《钢制压力容器—分析设计标准》是一种压力容器设计规范,它是基于详细的应力计算和应力分类,并采用更为合理的许用应力值。

2有限元模型的建立

2.1有限元模型及网格

（1）几何尺寸

飞灰仓长16000mm，宽8000mm，高11386mm。锥底厚16mm，锥顶厚12mm，上下两段直仓壁分别厚12mm、16mm。支座筋板厚20mm，底板厚25mm，垫板厚16mm。各部分结构及具体尺寸见相关图纸。几何模型如图2-1所示。

（2）有限元模型及网格

对于本分析中的飞灰仓，由于结构均具有薄壳几何特征，因此采用shell181单元进行网格划分，整体有限元模型如图2-2所示。

图2-1 飞灰仓几何模型

图2-2飞灰仓有限元模型

2.2载荷和约束

（1）载荷：根据GB50077-2003《钢筋混凝土筒仓设计规范》，筒仓载荷分为永

久载荷、可变载荷和地震作用三类。

●永久载荷：飞灰仓自重

●可变载荷：主要为贮料载荷。贮料载荷，按照筒仓的类型不同，分别有

深仓和浅仓两种不同计算方法。当筒仓内贮料计算高度与圆形筒仓内径

或与矩形筒仓短边之比大于或等于1.5 时为深仓，小于 1.5时为浅仓。

浅仓计算公式为：

仓壁水平压力:P h=kγs (1)

漏斗壁法向压力:P n=ξγs (2)

漏斗壁切向力:P t=γs(1-k)sinαcosα (3) 深仓计算公式为：

仓壁水平压力:P h=C hγρ(1-e-μks/ρ)/μ (4)

仓壁竖向摩擦力:P f=ρ[γs-γρ(1-e-μks/ρ)/μk] (5)

漏斗壁法向压力:P n=ξ[C vγρ(1-e-μkh n/ρ)/μk] (6)

漏斗壁切向压力:P t=C v[C vγρ(1-e-μkh n/ρ)/μk ](1-k)sinαcosα (7) 其中，k为侧压力系数，k=tan2(45°-φ/2), φ为贮料的内摩擦角；γ为贮料的重力密度(N/m3)；s为贮料顶面或贮料锥体重心至所计算截面的距离（m）；ξ为法向压力系数，ξ=cos2α+ksin2α, α为漏斗壁与水平面夹角；C h为深仓贮料水平压力修正系数；μ为贮料与仓壁的摩擦系数；ρ为筒仓水平净截面的水力半径(m)；

h n为贮料计算高度(m)，h n的确定应符合下列规定：上端贮料顶面为水平时按贮料顶面计算；贮料顶面为斜坡时按贮料锥体的重心计算。下端仓底为钢筋混凝土或钢锥形漏斗时按漏斗顶面计算；仓底为平板无填料时按仓底顶面计算；仓底为填料做成的漏斗时按填料表面与仓壁内表面交线的最低点处计算。本分析中的飞灰仓为浅仓（h n/d=10.766/8=1.34575<1.5，d为飞灰仓短边长度），相关各参数的值如表2所示。

表2-1贮料载荷计算相关参数值

K 0.528

φ 18°

γ N/m312740

ξ 0.622

α 63.5°

将相关参数代入式(1)~(3)，得到飞灰仓贮料载荷计算公式如以下各式所示。

P h=6727s=72423-6727y

P n=7924s=85313-7924y

P t=2397s=25813-2397y

在图中坐标系下，s=10.766-y

●地震作用：地震加速度0.1g

另外，飞灰仓还承受雪载荷200Pa，风载荷550Pa

载荷施加情况如图2-3所示。

（2）约束条件：

在支座底板处施加全约束，如图2-4所示。

图2-3施加载荷

图2-4支座底板处施加全约束

2.3有限元计算软件

本分析采用目前在国际上应用极为广泛的商用有限元计算软件ANSYS 。1995年10月，该软件已通过全国压力容器标准化技术委员会的测试，并被认可为压力容器分析设计标准（JB4732-95）相适应的有限元分析软件，用于压力容器分析设计。

3有限元应力分析与强度校核 3.1强度校核的依据

按照JB4732-95《钢制压力容器—分析设计标准》的规定，强度校核采用最大剪应力理论，应力强度规定为最大剪应力的二倍，即

{}S S S S =max ,,122331

式中，S 1212=-σσ，S 2323=-σσ，S 3131=-σσ; S 为应力强度;

σ1、σ2、σ3为主应力。

一次总体薄膜应力强度S I 应不超过设计应力强度值m KS ，即：

I m S KS ≤

一次局部薄膜应力强度S II 许用值为1.5m KS ，即：

1.5II m S KS ≤

一次局部薄膜应力加一次弯曲应力的应力强度S III 的许用值为1.5m KS ，即：

1.5III m S KS ≤

一次局部薄膜应力加一次弯曲应力以及二次应力的应力强度IV S 的许用值为3m S ，即：

3IV m S S ≤

一次局部应力加二次应力以及峰值应力的应力强度S V 的许用值为a S ，即：

S S V a ≤

式中K 为载荷组合系数，对于本分析，K =1；m S 为材料在设计温度下的设计应力强度；S a 为材料在一定循环次数下的疲劳许用应力强度值。

由于采用壳单元建模和分析，计算结果中已进行了应力线性化处理，可直接给出膜应力强度及膜加弯应力强度。

3.2材料的设计应力强度

整个设备选用材料Q235-B，常温下其设计应力强度为113MPa。

3.3强度校核

强度校核结果列入表3-1

表3-1应力强度计算与校核结果

校核位置应力强度类型数值(MPa) 许用值(MPa) 校核结果

S29.5 169.5 满足锥顶II

S63.8 339 满足

IV

S164 169.5 满足锥底钢板连接处II

S246 339 满足

IV

S142 169.5 满足直仓壁与锥底连接处II

S313 339 满足

IV

S8.51 169.5 满足锥顶角钢II

S15.6 339 满足

IV

S149 169.5 满足锥底角钢II

S277 339 满足

IV

S88.1 169.5 满足直仓壁角钢II

S176 339 满足

IV

S157 169.5 满足中间隔板II

S157 339 满足

IV

S151 169.5 满足耳座II

S191 339 满足

IV

以上结果表明：依据JB4732-1995《钢制压力容器—分析设计标准》，在常温条件下，受贮料载荷、自重、风载荷、雪载荷和地震载荷作用的飞灰仓满足强度要求。

4 应力强度分布云图

飞灰仓应力强度分布云图如下所示

图4-1 锥顶应力强度（膜）分布云图

图4-2 锥顶应力强度（膜+弯）分布云图

图4-3 锥底应力强度（膜）分布云图

图4-4 锥底应力强度（膜+弯）分布云图

图4-5 直仓壁应力强度（膜）分布云图

图4-6 直仓壁应力强度（膜+弯）分布云图

图4-7 锥顶角钢应力强度（膜）分布云图

图4-8 锥顶角钢应力强度（膜+弯）分布云图

图4-9 锥底角钢应力强度（膜）分布云图

图4-10 锥底角钢应力强度（膜+弯）分布云图

图4-11 直仓壁角钢应力强度（膜）分布云图

图4-12 直仓壁角钢应力强度（膜+弯）分布云图

图4-13中间隔板结构应力强度（膜）分布云图

图4-14中间隔板结构应力强度（膜+弯）分布云图

图4-15 全部支腿应力强度（膜）分布云图

图4-16 全部支腿应力强度（膜+弯）分布云图

图4-17 单个支腿应力强度（膜）分布云图

图4-18 单个支腿应力强度（膜+弯）分布云图