钢筒仓仓内贮料侧压力的有限元分析

摘要

钢筒仓被广泛应用于煤炭、冶金、电力、建材、粮食、水泥等行业。随着经济建设的发展，钢筒仓的规模越来越大。由钢筒仓倒塌引起的事故也时有发生，直接影响了人身和结构安全。国内外专家学者对筒仓的研究很多，但研究的步伐与现实筒仓的发展尚存在距离。本文通过查阅大量文献资料，并借助有限元分析软件ANSYS做了如下工作：
　　 1、利用ANSY软件建立了落地式钢筒仓的有限元模型，并进行了简体、贮料以及二者之间接触的模拟。模拟中贮料选取了Drucker-Prager本构关系。
　　 2、对贮料施加重力加速度并对筒体进行约束，来计算贮料静止时仓壁的侧压力分布规律，并将结果与Janssen公式以及规范进行了对比，分析三者之间的差距。
　　 3、对于部分贮料，我们通过给予其一定的初始位移来模拟筒仓管状卸料以及漏斗型卸料，得到筒仓在卸料时的侧压力分布规律，同时将卸料结果与贮料静止时的情况进行对比。
　　 4、通过剪切破坏理论，我们推导出了筒仓在管状卸料时的侧压力增大公式，并将公式与模拟结果进行比较，对其进行分析、讨论。
　　 5、通过改变参数如内摩擦角，剪涨角，泊松比以及摩擦系数的大小，来分析上述参数改变对仓壁侧压力分布的影响。
　　 研究结果表明：不论是在静载还是卸料情况下，仓壁侧压力出现在漏斗与筒体的连接部位；在贮料静止时，除连接部位外，其他区域的侧压力值与Janssen公式还是比较接近的，但连接部位侧压力值要超出Janssen公式结果约10％;卸料侧压力要远远大于静态情况；贮料各类参数对仓壁侧压力均有一定的影响，在进行理论计算时不能忽略；文中推导出了管状卸料侧压力增大公式是可行的，可以用来解释筒仓在卸料时的压力突变问题。