ANSYS炉体结构分析.docx

ANSYS workbench在炉体结构分析中的应用冶金炉钢结构大都采用梁柱结构，其载荷类型大致分为三种：静荷载、动荷载、地震荷载。本节以某冶炼厂闪速熔炼炉的炉体框架为例，利用ANSYS Workbench分析软件对其进行受力分析，得到静力载荷分析结果及地震力分析结果。1、 分析软件介绍ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer, SOLIDWORKS, , AutoCAD等， 是现代产品设计中的高级CAE (Computer Aided Engineering)工具之一。软件主要包括三个部分：前处理模块、分析计算模块和后处理模块。前处理模块提供了强大的实体建模及网格划分工具；分析计算模块包括结构分析、流体分析、电磁场、声场以及多物理场的耦合分析；后处理模块可将计算结果以等值线、矢量显示、梯度显示、切片显示，也可将计算结构以图表、曲线形式显示或输出。其分析流程如下图所示：1、确定分析类型：静力分析、动力分析、热分析等等2、单元类型：壳单元、梁单元分析准备1、建立模型、导入模型2、定义材料属性，单元属性3、划分网格前处理模块1、施加载荷和约束2、设置求解器分析计算模块后处理模块2、 闪速熔炼炉炉体框架分析利用ANSYS Workbench软件，我们将分别进行静力分析，模态分析和谱分析，得到炉体框架的静力结果和地震力分析结果。2.1 炉体框架模型本例分析的闪速炉反应塔规格为7X7.9m。闪速炉简化模型（不包括沉淀池）如下图所示：图1由该闪速炉的结构可知，反应塔和上升烟道均吊挂于炉体框架之上，反应塔和上升烟道的重量通过吊挂梁作用于炉体框架上。由workbench建立的炉体框架模型如图所示：图22.2 炉体框架受力分析2.2.1 结构简化为了提高建模效率，针对板梁结构可以忽略一些筋板来建模。同时将反应塔与上升烟道等效为质量点，将力传递到框架上的作用点上。本框架尺寸为：长28.9m，宽15m，高19.7m，框架所用材质为Q345B。workbench建模时选择国标单位制：m、s、kg，并定义钢材属性：密度为7850 kg/m-3、热膨胀系数为1.2e-005-1、弹性模量为2e11 Pa、泊松比为0.3。采用BEAM188单元和MASS21单元建模。2.2.2 框架主要荷载 炉体框架主要受力包括：自身重力、上升烟道和反应塔的载荷、上升烟道壁和反应塔壁挂渣的载荷、平台载荷和地震力载荷。框架自身重力载荷通过施加重力加速度实现，上升烟道壁和反应塔壁挂渣的载荷等效成反应塔与上升烟道的部分重量通过质量点施加，平台载荷则均匀分布到框架顶部各支梁上，其载荷值如表1-1所示：表1框架自重3.25X105 kg反应塔4X105 kg上升烟道4X105 kg反应塔挂渣1.7X105 kg上升烟道挂渣1.7X105kg反应塔侧平台载荷4.5X105 kg上升烟道侧平台载荷4.5X105 kg2.2.3确定频谱分析参数反应谱法是一种频域分析方法，基本思路是将频域离散化，针对每个小频段内的动力问题运用频域传递函数求解，然后迭加得到总体反应。在反应谱法中重要的一个参数就是频谱曲线，其计算参考国标GB 50011-2008。在本例中，该地域抗震烈度为7度，地震影响系数最大值max=0.5，阻尼比0.05，特征周期T=0.35，反应谱函数的周期折减系数为0.7。3分析结果在求解完成后，ANSYS的后处理器为我们提供了多种途径来提取结果，一般步骤如下：1）指定并读入结果文件和结果数据2）浏览结果文件包含的结果3）设置结果输出方式控制选项图3 轴力云图显示NODE FX(KN) FY(KN) FZ(KN) MX(KN.M) MY(KN.M) MZ(KN.M) 1 359.09 168.8 -1459.4 1714.1 775.1 0.17 165 317.9 184.5 -1493.5 1531.4 689.1 0.26 329 411.46 168.2 -1993.3 1701.9 826 0.47 493 362.07 200.2 -1815.4 1516 727.3 0.46 4037 418.5 266 -1316.4 2534.8 822.5 0.535 4214 362.7 284.3 -1583.1 2648.6 753.9 0.328 4391 343.2 265.8 -1289.7 2405.7 689.8 0.414567 271.5 295.5 -1418.6 2560.5 597.3 0.18表2图4框架应力云图 图3显示的是框架结构的轴力云图，可见最大轴力FX=1.29X106N。表2所列结果为炉体框架的八个大立柱的柱脚点所受力和力矩大小，其中FX表示X方向上受的力，FY表示Y方向上受的力，FZ表示Z方向上受的力，MX表示沿X轴所受弯矩，MY表示沿Y轴所受弯矩，MZ表示沿Z轴所受弯矩。由图4知，大部分梁的应力值在60Mpa180Mpa之间，而在一些边角处最大应力结果为545Mpa，这是由于建模过程中简化了筋板的结果，所以框架结构可以满足反应塔和上升烟道的载荷。本例仿