矿槽料仓受力有限元计算与分析
某大型工程溜槽设计及有限元分析
某大型工程溜槽设计及有限元分析摘要：为保证基础底板浇筑的整体性，采用一次性连续无缝浇筑施工技术，运用溜槽施工工艺和斜面分层浇筑法，合理的溜槽设计，支撑架的安全显得尤为重要，本文结合实际工程，运用MIDAS/gen有限元软件对溜槽的设计及其支架的设计进行验算分析，以保障施工安全。
关键词：连续无缝浇筑施工技术；溜槽；有限元；支架验算1工程概况某工程大体积底板混凝土采用一次性浇筑，具有体积大，施工工艺复杂等特点，同时对混凝土材料的要求较高，需要混凝土具备低热量、低收缩及抗裂性能好等多方面性能。
为保证混凝土的浇筑质量，掺和适量粉煤灰混凝土以提高混凝土的性能，采用溜槽施工工艺和斜面分层浇筑法。
溜槽顾名思义通常指在地面上的从高处向低处运输混凝土的槽，内面光滑，混凝土能自动溜下。
溜槽下端用脚手架做支撑，其单立杆3排脚手架，脚手架支设在上焊500mm长钢管的角钢支架上，脚手架的立杆横距1.5m，纵距1.5m，横杆步距1.5m，并根据实际搭设高度及荷载情况进行计算后确定。
整个施工过程及工艺底部脚手架支撑的设计对整个溜槽的安全性能具有关键作用。
2算例分析2.1有限元模型的建立利用Rhionceros对溜槽、支撑架系统建立三维模型，并将三维计算模型导入MIDAS/Gen有限元计算软件，赋予截面属性，施加相应荷载工况进行理论分析和计算。
2.2 根据工程中的实际情况，构件材料及单元类型如下：2.3荷载工况及边界条件自重荷载由Midas/gen有限元软件自动生成，考虑到混凝土下落时会产生惯性力，对溜槽施加2倍的重力荷载沿溜槽向下的分力，即1.22KN/m。
根据所提供资料、现场的实际情况，采用三种荷载工况进行组合，荷载组合如下表。
边界条件是有限元分析中的一个关键步骤，能有效的模拟实际施工状态，立柱顶底部有效的承担竖向荷载，故约束住竖直方向的自由度，即Z方向上的自由度；而缆风绳一端与脚手架支撑结构相连，另一部分锚固在地面，约束其地面一端xyz三个方向的自由度；溜槽两端约束z方向的自由度较符合实际情况。
料仓静力学有限元分析及结构优化
料仓静力学有限元分析及结构优化摘要：根据料仓在储存物料的实际工作情况，利用ANSYS 软件主要对料仓的三种加强筋不同布局（等距加强筋、加宽加强筋，同时等间距分布和加密加强筋，同时等距分布）进行比较分析。
其结果表明：加密加强筋，同时等距分布的结果最佳。
关键词：料仓；有限元；ANSYS；优化设计1料仓的建模文章选取的筒仓工程实例是江苏省某饲料机械企业某深仓，该仓为单列仓，由一大一小两个仓并排组成，大仓短边1 500 mm，长边1 800 mm；小仓短边1 200 mm，长边1 500 mm。
仓壁的总高度为8 000 mm，上部3 500 mm的仓壁厚为2.5 mm，下部4 500 mm的仓壁为3 mm。
整个仓采用A3钢铆接而成，弹性模量E=2.1e11 Pa，泊松比为0.3。
仓壁有加强筋设计。
储料为小麦，重力密度为8 kN/m3，大仓的水力半径为405 mm，小仓的水力半径为333 mm。
贮料与仓壁的侧压力系数为0.4，贮料的内摩擦角为25°，修正系数为0.3。
图1为用三维造型软件SolidWorks建的模型，该模型由多个曲面组成，没有厚度，以便在有限元分析软件ANSYS中指派壳单元进行分析研究。
2有限元分析ANSYS作为最常用的有限元分析软件之一，在结构领域有强大的计算功能，一般包括静力分析和动力分析，静力分析包括线性和非线性两大部分。
文章讨论的是深仓不考虑温度应力下的静力分析问题。
2.1工况一般说来，也就是在理想状态下，假设深仓始终处于建造时的温度。
在该温度下筒仓不会有任何温度应力，只承受贮料的各项影响。
假设筒仓建造时的平均温度为15℃，即ANSYS参考温度为15℃。
本章的模型只考虑了贮料对筒仓的各项影响，并未考虑风、地震、基础沉降等外界因素对筒仓产生的作用。
由前文可知文章筒仓建模以及有限元分析所需的基本数据，在求解前利用筒规范中所提供的公式对各种静力荷载进行先期处理，采用最接近实际情况的加载方式，然后求解得到合理的结果。
筒仓的受力分析及静力学计算
６７３６
Ｄ ３４ ｄ＝３００
２１２０ × ２１２０
ｈ２
ｈ１
ｈ
２ 已知参数
仓体材料：Ｑ ２ ３ ５ Ｂ 许用应力 ［σ］＝１７０００Ｎ／ｃｍ２ 筒仓自重：Ｗ 自 筒仓容重：Ｗ 容
３ 筒仓结构强度计算
由于筒仓柱体和锥体连接处用 槽钢作环箍，可视作固支连接。因 此，连接处既存在薄膜应力，又存在 局部弯矩和剪力，其应力最大，强度
Ｎ２
柱壳由于下端支承（边界效应
另 作 计 算 ）。 则：Ｘ ＝ ０ Ｙ ＝ ０ Ｚ ＝ γ·α ＝１３０００ α
图３
由图 ３ 有：
由（３ ）式得环向拉力：
Ｎ２ ＝ ＲＺ ＝ Ｒ γα 当α ＝ ｈ１ 时 Ｎ ２ 为柱壳最大环向拉力 即：Ｎ２ ＝ Ｒ γα 则环向拉应力为：
又：Ｎ２ ＝ ＲＺ 式中：
５ 压实功能
同普通振动压路机的操控完全 一样，用高速冲击加宽频宽幅力的非 对称激振模式的混沌激振压路机通过 调整液压马达的ω，可得以下功能：
１０ｇ（非对称激振力 ／ 对称激力最 大力幅） 之傅立叶变换的绝对值
当∣ω∣小，振动轮可得低速
非对称多频冲击及连续宽频混沌激
振力激振。
当ω＞０ 对双挡振动压路机，振
故：Ｎ１ ＝ ０ ３．２ 锥壳边缘处薄膜应力（图 ３）
（１）
Ｎ１
Ｗ
Ｒ
Ｎ１
Ｒ１
（２）
ｈ１
Ｎ２ ＝ ＲＺ 式中：Ｘ、Ｙ 及 Ｚ 为柱壳所受荷载
分别在纵向、环向及法向的分量；Ｎ １、 Ｎ ２ 及 Ｓ 为纵向拉压力、环向拉压力及 平错力；Ｒ 为单元薄壳曲率半径。
动轮可得强非对称多频冲击及连续
宽频混沌激振力激振。
槽轮机构的有限元分析与仿真
槽轮机构的有限元分析与仿真槽轮机构的有限元分析与仿真槽轮机构是一种常见的传动机构，广泛应用于机械设备中。
为了更好地理解和优化槽轮机构的性能，有限元分析与仿真成为了一种重要的工具。
本文将介绍槽轮机构有限元分析与仿真的步骤。
第一步是建立几何模型。
首先，根据实际的机构尺寸和形状，使用计算机辅助设计软件绘制出槽轮机构的三维模型。
在建立模型时，需要考虑到槽轮的齿数、齿廓等几何参数。
第二步是定义材料属性。
根据实际使用的材料类型，确定槽轮机构各个零件的材料属性，如弹性模量、泊松比等。
这些属性将影响有限元计算的结果。
第三步是网格划分。
将几何模型转化为有限元网格是有限元分析的关键步骤。
通过将模型划分为许多小的元素，可以对机构的行为进行离散化描述。
网格划分需要考虑到模型的复杂程度和计算的精度。
第四步是施加边界条件和加载条件。
根据机构的实际工作情况，确定边界条件和加载条件。
边界条件包括固定支撑和自由度限制，加载条件包括外力或力矩的施加。
这些条件将影响有限元计算结果的准确性。
第五步是进行有限元分析。
使用有限元分析软件对划分好的网格进行计算。
根据施加的边界条件和加载条件，计算机将通过求解离散化后的方程组，得到机构在给定工况下的应力、变形等结果。
第六步是结果验证与优化。
根据有限元分析的结果，对机构进行性能评估和优化。
如果计算结果与实际情况不符，需要重新检查模型、材料属性、加载条件等，直到达到预期的结果。
最后一步是结果可视化和报告撰写。
将有限元分析的结果可视化展示，如绘制应力云图、变形图等。
报告撰写是有限元分析工作的重要一环，通过清晰地记录分析过程和结果，便于后续参考和交流。
槽轮机构的有限元分析与仿真可以帮助工程师更好地理解和改进机构的性能。
通过逐步进行几何建模、材料定义、网格划分、边界条件与加载条件的设定、有限元分析、结果验证与优化等步骤，可以得到对机构行为的准确描述，并提供优化设计的依据。
给料机给料槽有限元分析及结构改进
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ｉｄｅｎｔｉｆｙ ｔｈｅ ｃａｕｓｅ ｏｆ ｆａｔｉｇｕｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｆｅｅｄｅｒ＇ｓ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｃｈｕｔｅ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ａｌｔｅｒ－
ｕ啷ＡＮＳＹＳ ｈａｔｅ ｌｏａｄｓ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｅｘｃｉｔｉｎｇ ｆｏｒｃｅ．ｔｈｅ ｐａｐｅｒ
图１５改进方案后的应力云图（虚部）
图１６改进方案后的变形云图（虚部） 经过改进后的分析结果见表２，改进方案可以 显著降低应力幅值，并且质量增加很小，固有频 率变化不大，不会发生共振。 《起重运输机械＞ ２００９（７）
４结束语
本文应用有限元软件ＡＮＳＹＳ建立振动给料机 模型，进行谐响应分析，找到薄弱环节，并提出 改进方案，使最大应力幅值得到明显降低，料槽 结构更为合理，提高了振动给料机的工作可靠性。 考虑到振动给料机受强大的循环变应力作用，易 发生疲劳损坏，改进后模型的动应力最大幅值比 改进前降低了２１％，达到行业标准要求，并且改 进对固有频率基本没有影响，不会发生共振，延 长使用寿命。本文的研究过程和结果对设计生产 中的振动给料机结构改进提供了有益的方法和方 案，对有限元在其他类似问题中的应用也具有一 定的参考价值。
＜起重运输机械＞ ２００９（７）
万方数据
表ｌ单元类型及实常数等参数
单元类型
实常数
应用部位
ＳＨＥＬＬｌ８ｌ
１０ ｍｍ
给料机料槽、 电机垫板
ＣＯＭＢＩＮｌ４
Ｏ．０７ ｔ／ｍｍ
弹簧
ＭＡＳＳ２ｌ
Ｏ．２４５ ｔ
电机质量
考虑到给料机的大部分部件形状规则，故直 接采用自由网格划分。采用控制每条线上分段的 大小的方法来控制单元尺寸大小。采用５０ ｎｌｎｌ大 小的网格进行计算。 １．２约束及激振力添加
基于有限元法的带横撑U型槽结构受力分析与配筋计算
2018年第37卷第3期·DWRHE水利水电工程设计基于有限元法的带横撑U型槽结构受力分析与配筋计算于茂王浏刘赵晓露摘要U型槽结构广泛应用于现代调水工程，如倒虹吸的进出口段、渡槽段或明渠段，一般均采用类U型结构形式。
U 型槽结构受力状态主要受侧墙内外荷载的组合作用的影响，横撑结构对侧墙的变形控制作用不可忽略。
常规结构设计时往往将U型槽的横撑作为安全裕度处理，导致不能真实反映带横撑U型槽结构真实受力性能，结合鄂北工程中的典型U型槽结构进行基于有限元法的结构受力分析与配筋计算，为同类型结构的设计提供参考。
关键词鄂北工程U型槽有限元应力变形配筋中图分类号TV672文献标识码B文章编号1007-6980（2018）03-0053-03U型槽结构是国内外水利工程中被广泛应用的一种过水结构，如水闸、倒虹吸进水口结构、明渠结构[1]及溢洪道闸室结构[2]等，在节水灌溉工程中预制U型槽结构也逐渐被推广应用[3]。
同时，U 型槽结构具有刚度大、变形小、稳定性好、收坡支挡防水效果优良等优点，可广泛应用于下穿铁路通道设计[4]、铁路路堑工程[5]等市政工程中。
鄂北工程中倒虹吸进出口、明渠等结构中均采用了带横撑U型槽结构形式。
湖北省鄂北地区水资源配置工程是从丹江口水库清泉沟隧洞进口引水，向沿线城乡生活、工业和唐东地区农业供水，解决鄂北地区干旱缺水问题的一项大型水资源配置工程。
线路总长度269.67km，输水干渠设计流量38.0～1.8m3/s。
工程主要建筑物由取水建筑物、明渠、暗涵、隧洞、倒虹吸、渡槽和节制闸、分水闸、检修闸、退水闸、放空闸阀、排洪建筑及王家冲扩建水库等组成，工程规模为Ⅱ等大（2）型，主要建筑物级别为2级或3级，次要建筑物为3级或4级。
本次计算的带横撑U型槽结构按照建筑物3级、环境类别2类进行设计。
本文依托鄂北工程中带横撑U型槽结构典型工程实例，运用MIDAS GTS NX有限元软件，以侧墙高度作为控制因素，选择不同侧墙高度的典型断面进行结构变形、应力及配筋计算，为带横撑U型槽结构的配筋设计提供相关参考。
某大直径煤仓的有限元分析
某大直径煤仓的有限元分析某大直径煤仓的有限元分析摘要：本文对一直径115m煤仓结构在温度荷载作用下进行有限元分析，分别研究了半仓和满仓时，在贮料侧压力和贮料温度带来的煤仓壁内外温差的作用下煤仓壁的应力状态，为此类结构的工程设计提出了几点意见供设计时参考。
关键词：煤仓温度荷载贮料侧压力中图分类号： P184.5+3文献标识码：A 文章编号：Finite element analysis of giant reinforced concrete silos structureLIU YideZHAO BingyunAbstract:In this paper, we analyze the actions of temperature loads on giant reinforced concrete circular silo structure (with 115 meters diameter) by finite element method. Respectively, the stress state of the silo wall is investigated in the half laden silo and fully laden silo, with the effects of the temperature load and the filling side pressure from the stored material. Several advices are finally presented which are useful to the design and practice of similar structure.Key words:silo; temperature load; filling side pressure from the stored material前言随着人们对生产生活环境的要求不断提高，原料厂中对全封闭大直径煤仓结构的需求越来越大。
有限元分析在煤矿机械设计中的问题与对策
在 相关 的机 械 设 计 中有 限元 分 析 法 凭 借 着 自 身 的优 势 有 着广 泛 的应 用 ， 并 且 在 当前 计 算技 术 和 数 据处 理 分 析技 术 不 断发 展 的 帮助 下 ， 有 限元 分 析 法 在各 类 机 械工 程 设计 中发 挥 了重要 的作 用 ， 对 于 其 中各类 复 杂 问题 的解 决 有着很 大 功劳 。如在外 部
处理 ， 然后 对 单元 格 进 行划 分 ， 之 后依 次 对 几何 、 材
料 特性 、 接触 、 边界条件 、 载荷状况 、 作 业 和 单 元 类
型进 行定 义 。在 这个 过程 中相 关人 员一 定要 对边 界
素 ，然后 将一 个假 定 的简单 的近 似解 匹配 给 每一单 元 ，在 此基础 上 对这个 域 的总 的满 足条件 进行 求解 推导， 就 可 以将 问题 的解 求 出。 在有 限元 分析 法基础 上 的求解 并不 是得 到 的准确 值 ，而是 得 到一类 近似
条件 和 单 元格 给 予更 多 的重视 ， 因为 这 两个 因素 能 够 直接 影 响 到有 限元 分 析 的最 终 结果 ， 而且 在 分 析 的过 程 中不 同方 法 的 使 用 也 会 对 最 终 的结 果 产 生
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ５ － ０ ７ — １ ６
作者简介 ： 王远东 （ １ ９ ８ ５ 一 ） ， 男， 山西晋城人 ， 晋煤集团赵庄煤业 助理Ｔ程 师。
５ ３
山西煤炭 管理 干部 学 院学报 影响 ， 但 是 在 软件 、 建 模 方 面 是 不 会 对 结 果 产 生 影 析在 相关 的工 程设计 和 管理 中的应 用可 靠性 ，和 对 实 际情况 的适用 性 。 在分 析有 限元理论 的基 础上 ， 并 总结 相 关 的机 械 设 计 过 程 中有 限 元 分 析 的 实 际 应 用 ，笔者 将有 限元 分析 应用 过程 中 的实 际 问题总 结
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矿槽料仓受力有限元计算与分析
通过建立矿槽料仓模型，采用有限元分析方法，分析了矿槽料仓在满载条件下的受力情况。
结果表明：矿槽料仓在满载条件下其底部和上沿的应力较大；当矿槽料仓板厚度为5mm时的结构设计能够满足装袋机在满负荷工作时的材料强度要求。
标签：矿槽料仓受力分析有限元方法
矿槽料仓是矿山运输机械中常见的生产设备。
在料仓的设计过程中，针对某一具体生产要求对料仓进行受力分析计算一直以来都是非常复杂而又繁锁的问题。
由于生产环境和要求的不同，矿石、煤炭的矿槽料仓受力状态复杂，力学模型不宜建立，料仓的设计方式以及其实际的受力情况也不相同，因此给料仓设计计算带来一定困难[1-3]。
近些年来，采用有限元分析的方法，在设计过程中对料仓进行有限元分析，得到合理、直观而又准确的受力分析，已成为料仓设计一种新的设计方法[4]。
本文采用有限元分析方法，针对某工程中的矿槽料仓进行受力计算，对小型矿槽料仓的优化设计和力学分析具有一定的指导意义。
1 物理模型
本文研究的矿槽料仓形状为长方形棱锥体，上宽下窄，容积为4m3，料斗自身重量为578Kg，满载条件下物料重量为4730Kg。
该料仓结构和受力情况如图1。
2 计算方法
本文利用大型有限元结构分析软件ANSYS对矿槽料仓进行有限元受力分析。
本文首先选择建模功能强大的SolidWorks软件按照1：1比例建立三维立体模型，然后再通过SolidWorks和ANSYS的数据接口，将三维模型数据导入ANSYS软件。
三维模型导入ANSYS后，采用smartsizing（智能单元大小）划分网格[5]，设置smartsizing的值為4进行自由网格划分，得到料仓的有限元计算网格，如图2所示。
单元类型选用Shell63薄板结构，该单元每个节点具有6个自由度：沿节点坐标系X、Y、Z方向的平动和沿节点坐标系X、Y、Z轴的转动。
应力刚化和大变形能力已经考虑在其中。
厚度为5mm，钢的弹性模量为2.06×1011Pa，泊松比为0.3，密度为7800Kg/m3。
单位统一采用国际单位。
矿槽料仓上沿四角的支撑处进行自由度约束。
施加非均匀分布压力载荷，压力载荷随深度线性增加。
压力载荷：P=ρ物料gh，其中g为重力加速度，h为物料深度。
计算采用压力载荷为满载情况。
3 结果分析
加载求解后，在通用后处理模块中查看V on Mises等效应力分布云图，有限元受力分析结果如图3和图4所示，其中图3表示矿槽料仓底部应力分布，而图4表示矿槽料仓上沿的应力分布。
由计算结果显示有应力集中，且在矿槽料仓在满载条件下，其底部和上沿的应力较大：矿槽料仓底部的局部最大应力为110Mpa，矿槽料仓上沿的局部最大应力为141Mpa。
由于实际应用环境的复杂性，为确保矿槽料仓的安全性，钢板结构必须具有足够的强度。
因此，为保证所设计的矿槽料仓结构的安全性和合理性，利用有限元受力分析结果进行校核材料强度。
所设计矿槽料仓材料为Q235钢板，其许用应力为235Mpa。
在满载条件下，矿槽料仓的最大应力为141MPa，低于其许用应力235MPa。
因此，矿槽料仓板厚为5mm的结构设计完全满足在装袋机满负荷工作时的材料强度要求，且富有一定余量。
4 结论
4.1 采用有限元计算矿槽料仓在满载条件下其底部和上沿的应力较大，当矿槽料仓板厚度为5 mm时的结构设计能够满足装袋机在满负荷工作时的材料强度要求。
4.2 有限元模拟的计算精度可靠，应力分布数据更加直观、全面，计算效率更高，便于在工程中推广应用。
参考文献：
[1]黄健聪.关于短裙座式支座固体料仓的计算探讨[J].广东化工，2011（2），185-186.
[2]李晓栋.矩形固体料仓[J].工业技术，2011（2）：74-75.
[3]周玉申，谭文雄，马延军.料仓的受力分析与计算[J].林产工业，2006，33（1）：22-25.
[4]孙健，武锐.料仓静力学有限元分析及结构优化[J].企业技术开发，2011（3）：8-10.
[5]郑晓雯，李锦彪，刘颖等.基于ANSYS Workbench的液压支架立柱优化分析[J].矿山机械，2011，39（7）：24-26.
作者简介：兰长贵（1963-），男，江西萍乡人，本科学历，主要从事机械设计、研究与理论分析工作。