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鋼板筒倉作為一種大型儲存容器的主要形式之一，因其具有占地面積少、自重輕、倉儲量大、施工時間短和易于管理等優(yōu)點，廣泛應用于礦業(yè)、農(nóng)業(yè)、化工等許多領(lǐng)域。鋼板筒倉已經(jīng)有100多年的發(fā)展歷程，但是國內(nèi)的研究起步較晚，隨著我國工農(nóng)的現(xiàn)代化發(fā)展和建設水平的提高，散料儲存量不斷增長，對鋼板筒倉的需求越來越迫切。
鋼板筒倉屬于薄殼結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的設計方法較為簡單，貯料、工況的復雜性以及施工、使用過程中產(chǎn)生的材料缺陷使得鋼板筒倉結(jié)構(gòu)的破壞率很高，導致了巨大的經(jīng)濟損失。在倉壁根部，在法向壓力和豎向摩擦力的共同作用下，有可能發(fā)生塑性破壞。法向壓力的作用使倉壁產(chǎn)生徑向位移，而在邊界條件的約束下限制了筒倉底部的徑向位移，導致筒倉底部發(fā)生局部彎曲變形，并且豎向摩擦力的存在，局部彎曲變形和彎曲應力進一步加大，進而筒倉出現(xiàn)塑性強度破壞，這便是“象腿”。對于這種破壞現(xiàn)象，國外在進行倉壁強度設計時采用折減設計強度的方法，而國內(nèi)的設計規(guī)范和設計手冊沒有考慮這種影響。杭州那泰有限元分析公司通過有限元程序ANSYS選取合適的單元和材料屬性，建立筒倉根部有限元模型，施加荷載后對其進行彈塑性大變形分析，詳盡描述了筒倉根部彎曲效應對倉壁變形和應力狀態(tài)的影響，結(jié)合國內(nèi)外的筒倉設計規(guī)范，為鋼板筒倉壁的強度設計提供借鑒。
有限元分析的對象為筒倉根部，選擇有限應變殼shell181單元來模擬倉壁是非常合適的，它是每個節(jié)點六自由度的四節(jié)點單元，六個自由度包括X、Y、Z軸方向上的平動和繞X、Y、Z軸的轉(zhuǎn)動。
將倉壁鋼材簡化為各向同性的理想彈塑性材料，所選鋼材為Q235，屈服強度fy=235MPa，彈性模量E=2.06×105MPa，泊松比v=0.3。
ANSYS分析必須使用有限元模型，建立幾何模型后對其劃分網(wǎng)絡后生成有限元模型。
進行ansys分析時必須限制剛體位移，因此求解問題的關(guān)鍵是邊界條件的處理。考慮到現(xiàn)實施工中，筒倉底部固接的構(gòu)造程度十分復雜，所以此處的模擬按照鉸接形式。由于分析的是筒倉根部一小段應力集中的部位，按一級屈曲模態(tài)取高度為5個線彈性彎曲半波長的筒倉底部一小段區(qū)域進行分析。
倉壁上的作用力包括豎向環(huán)向側(cè)壓力和豎向摩擦應力，按照《糧食鋼板筒倉設計規(guī)范》(GB50322-2011)中的荷載組合作用計算筒倉底部倉壁內(nèi)部側(cè)壓強 p=76.7kPa，豎向壓力線載fx=235.5kN/m,對有限元模型進行加載。
從筒倉發(fā)生“象腿”破壞現(xiàn)象時的有限元模型，可以明顯的看到在筒倉根部一定位置徑向位移達到最大值，呈“象腳”狀。由筒殼的荷載-倉壁最大徑向位移曲線可見，筒倉結(jié)構(gòu)在線彈性范圍內(nèi)工作時曲線接近線性關(guān)系，隨著荷載的繼續(xù)增加，筒倉進入彈塑性破壞階段后曲線變?yōu)榉蔷�性。
筒倉根部發(fā)生破壞時倉壁徑向位移沿筒倉高度的分布曲線，由圖可見，在距筒底約處徑向位移達到最大值，此處倉壁的Von Mises等效應力也達到最大值。隨著筒壁進入塑性破壞并且還在不斷發(fā)展，造成倉壁剛度的迅速損失和屈服強度的降低，筒壁徑向位移的增大使得需要更大的薄膜應力來抵消支座對筒壁的偏心作用。
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