钢筒仓静动态散料压力的数值模拟

摘要

钢筒仓广泛应用于各种散料的储存，确定散料对仓壁的压力是筒仓结构分析设计的基础。关于散料压力的理论分析都引入一定的假设使得压力求解结果与实际有一定的差别，且筒仓的散料压力实验过程复杂，参数分析困难，因此很有必要进行数值分析。
　　 本文建立了钢筒仓散料静态压力数值分析的三维有限元模型。其中散料采用Drucker—Prager塑性模型，散料与仓壁之间的接触效应采用刚柔接触模型和面面接触方法进行模拟。利用该模型对平底钢筒仓(浅仓和深仓)的散料压力进行了数值模拟，分析了平底仓的竖向位移、散料压力以及散料的塑性变形，并与欧洲钢筒仓规范、我国粮食钢板筒仓设计规范进行了对比。还考虑了焊缝缺陷和温度作用对散料压力的影响，结果表明焊缝的存在导致了散料压力局部的重分布，温度对散料的塑性变形影响很大。
　　 本文成功实现了筒仓在水平地震作用下考虑材料弹塑性以及散料和筒仓壁共同作用的三维有限元数值模拟，分别分析了仓壁和散料的动态位移、速度、加速度和动态压力的时程，筒仓底部剪力和弯矩还与我国规范采用底部剪力法相关公式的计算结果进行了对比，发现规范的筒仓地震作用计算较为粗略和保守，要全面考察筒仓在地震下的响应应进行弹塑性时程分析。
　　 研究筒仓的非线性屈曲时，筒仓在承受轴向压力的同时还承受一定的内压，从而影响筒仓的屈曲强度。本文研究了承受散料压力时，焊缝缺陷对筒仓屈曲荷载的影响。研究发现环向焊缝数量越多，屈曲荷载下降越大；缺陷形式和缺陷位置都会对筒仓的屈曲荷载产生影响。

目录

文摘

英文文摘

声明

致谢

第一章 绪论

1.1概述

1.2散料压力的研究历史

1.2.1有限元法数值模拟

1.2.2离散元法数值模拟

1.3仓壁的荷载内力计算

1.3.1深仓仓壁压力计算

1.3.2浅仓仓壁压力计算

1.4漏斗的荷载内力计算

1.4.1我国规范的漏斗压力荷载计算

1.4.2欧洲规范的漏斗压力荷载计算

1.5筒仓的地震反应研究

1.6圆柱薄壳的稳定性研究

1.7本文主要工作

第二章 筒仓的静态散料压力数值模拟

2.1概述

2.2有限元模拟

2.2.1散料的本构属性

2.2.2散料和筒仓壁的接触模拟

2.2.3参数设置

2.3平底仓分析

2.3.1有限元模型

2.3.2位移响应分析

2.3.3散料压力分析

2.3.4参数分析

2.4锥底仓分析

2.4.1有限元模型

2.4.2位移响应分析

2.4.3散料压力分析

2.5加环梁锥底仓分析

2.5.1有限元模型

2.5.2散料压力分析

2.6正倒锥漏斗分析

2.6.1有限元模型

2.6.2位移响应分析

2.6.3散料压力分析

2.6.4散料弹塑性变形分析

2.7不等角正倒锥漏斗分析

2.7.1有限元模型

2.7.2位移响应分析

2.7.3散料压力分析

2.8圆柱正倒锥漏斗的分析

2.8.1有限元模型

2.8.2位移响应分析

2.8.3散料压力分析

2.9考虑温度作用的散料压力分析

2.10本章小结

第三章 筒仓散料在地震作用下的数值模拟

3.1概述

3.2满仓散料时的有限元模拟

3.2.1有限元模型

3.2.2筒仓动态响应分析

3.2.3散料动态响应分析

3.2.4动态力响应分析

3.2.5散料塑性变形发展

3.3 3/4散料时的有限元模拟

3.3.1筒仓动态响应分析

3.3.2散料动态响应分析

3.3.3动态力响应分析

3.3.4散料塑性变形发展

3.4 1/2散料时的有限元分析

3.5规范地震作用计算

3.6本章小结

第四章 考虑焊缝缺陷时散料压力及筒仓结构非线性分析

4.1概述

4.2焊缝缺陷介绍

4.3散料压力数值模拟

4.3.1有限元模型

4.3.2有限元模拟结果

4.4均匀轴压下筒仓结构的非线性分析

4.4.1有限元模型

4.4.2不同焊缝类型时

4.4.3不同焊缝条数时

4.4.3不同焊缝位置时

4.5局部轴压下筒仓结构的非线性分析

4.6本章小结

第五章 结论与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献