锥底类矩形容器锥底部分的挠度分析与加强设计.pdf

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1、工艺与设备建材与装饰2015年11月锥底类矩形容器锥底部分的挠度分析与加强设计曹赵生（贵阳铝镁设计研究院有限公司贵州贵阳551000）摘要：在化工生产过程中常用矩形容器可按其底部结构分为两种：①底部为平底结构，其底板直接落在土建基础上；②锥底结构，其底部是由前、后、左、右四块板拼接成得棱锥形结构，下部开口放料，一般通过支腿等结构支撑。本文旨在分析锥底类矩形容器其锥底部分的挠度分布特点，以及对其刚度进行加强设计的方法。关键词：矩形容器；锥底；挠度；刚度中图分类号：TH49文献标识码：A文章编号：1673-0038（20

2、15）45-0240-021概述2.1.2材料、约束和受力常用钢制常压容器多为圆筒形容器、矩形容器这两种。从结锥体主材选用常压容器常用材料Q235原A钢板，钢板状态为构上来说，矩形容器均为大平板拼焊而成，从结构上来说其承压热轧，选用标准为GB/T3274。材料主要力学性能参数为：质量密度为：7850kg/m3；弹性模量为：206GPa；比例极限为：200MPa；常能力远不如圆筒形优良，且往往出现大绕度变形。矩形类容器如不进行加强结构设计，它的强度、刚度常常均无法满足设备设计温下许用因力为140MPa。材料的化学成分严

3、格按照国标GB/要求。平底类矩形容器从其结构选用到强度、刚度控制，在能源T3274。标准《固体料仓》（NB/T47003.2-2009）部分均有详细的说明与计将锥体部分独立出来，并对锥体与矩形的连接焊缝及该焊缝算，基本思想是强度—刚度联合设计，但在底板部分因其直接落加强部分添加固定约束，如图3中夹具部分所示。于土建基础上，所有只考虑强度，而没有必要考虑刚度问题。锥除设备本身的自重外，锥体部分仅受物料的静压力，本文假设物料为液体且密度为籽越1000kg/m3，则在如同所示坐标系中椎底类矩形容器结构简图如图1所示，可将其

4、分为矩形部分、锥底部分这两部分。其中矩形部分可看为平底类矩形容器（无底板），体所受压强为：因此，可完全参照能源标准《固体料仓》（NB/T47003.2-2009）进行P=籽gH/籽gy设计；但锥底部分现阶段还没有相关完善的设计标准和计算方式中:负号是因在图中坐标系中锥体部分y值为负数，如图3法。中P所示。锥底类矩形容器锥底部分为大平板拼焊结构，如不进行刚度2.1.3合理假设加强，生产使用中往往会出现大挠度变形，因而其设计也应该同为得到理想的力学模型，合理假设如下：时考虑其强度和刚度问题，及强度—刚度联合设计。其中的强

5、度（1）锥体各部分钢板的设计厚度均为啄越10mm，不考虑其因问题本文将不再叙述，因为不论是许用应力、安全系数的选择，加工引起的误差；还是应力值的计算等，现阶段均有较为完善的标准、资料和方（2）各条焊缝材质、力学性能、物化性质的均与主材等同；法。本文主要分析锥底部分较为复杂的大挠度变形问题。（3）设备使用温度为常温。2锥底类矩形容器锥底部分大挠度变形分析2.2扰度计算与结果处理分析2.2.1扰度计算2.1力学模型的建立本文使用有限元计算软件SolidworksSimulation对锥底类矩本文以矩形容器中的正方形容器锥

6、底部分为例来分析锥底形容器锥底部分建模并进行分析计算。通过模型建立、材料定部分的大挠度变形。同时因只分析锥底部分，可将锥底部分独立义、夹具定义（即约束定义）、载荷定义、单元格划分、计算这一系出来，通过添加约束和相应的载荷，并在相应的合理假设的基础列步骤最终得到模型的模型位移分析结果，及模型各部分挠度上得到其力学模型，如图3所示。变形分析结果。其中模型、材料、夹具、载荷已在2.1中做了说明，2.1.1模型结构而具体的单元格划分与计算过程因主要工作由软件完成，这里模型结构尺寸如图2中所示，本文以3m伊3m矩形容器为例就不

7、再做详细的说明。本文主要对其大扰度变形结果进行详细来建模计算，同时假设锥体以上部分物料液位高度H=3000mm，的分析。SolidworksSimulation位移分析（挠度值分析结果）结果锥体部分高度为h=2200mm，出料口尺寸为300mm伊300mm的方如图4所示。形孔，且锥体部分钢板厚度啄越10mm。因本文分析的矩形容器为正方形矩形容器，且锥底下料口也为正方形，其结构与受力均沿中心面陈中心对称分布，因此可知锥体部分四个面其变形情况应该相同，且沿中心面对称分布，如图4所示。因此，只需研究其中一个锥面挠度变形分布

8、情况即可。2.2.2计算结果处理分析图1锥底类矩形容器图2结构尺寸模型图3模型约束受力图单独一个锥面其形状为上为长底边，下为短底边的倒等腰梯·240·2015年11月建材与装饰工艺与设备（2）在锥体的梯形面上通过最大挠度点的横轴也是挠度变化最大区域，因此沿该横轴也应安放一根加强梁，如图1中的梁2所示；（3）同时在锥底出料口附加也应加设圈加强梁，