更新时间：作者：小小条
在上一期散料输送专题推文中，采用EDEM-CFD气固两相流仿真进行抑尘分析，通过研究散料输送系统内的物料和气流来设计结构、合理布置抑尘装置，从源头有效减少扬尘的产生。点击干货分享 | 转运站导料槽气固两相流仿真
本期推文将阐述通过EDEM-SimSolid联合仿真计算，获得转运站前期设计需要的结构强度数据。结构仿真的结果，为下一阶段的设计优化作基础。同时也可以对已经落成的转运站查缺补漏，寻找结构缺陷，并确保预埋件载荷强度。
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EDEM-SimSolid联合仿真方案
仿真的目标转运站为：一进两出，落差8米，进出料呈90°，出料皮带倾角7°，带宽1200mm，管径800X800mm，运量1000 t/h，运料：原煤。
本项目在完成EDEM离散元仿真料流分析的基础上，联合SimSolid软件分析物料引起的设备结构载荷情况，完成散料输送过程的：
· 结构静载分析
· 工作载荷分析
· 堵料载荷分析
· 支反力计算
· 皮带拉力计算
SimSolid 是一款专为快速设计流程而开发的结构分析软件。与传统有限元分析(FEA)相比，它消除了几何模型简化和网格划分这两个最耗时且专业知识要求较高的任务，且能够在几分钟内对具备完全几何特征的原始 CAD 装配体直接完成分析计算，因而可快速分析与对比多种不同的设计方案。
EDEM-SimSolid联合仿真转运站整体结构载荷
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结构静载分析
结构静载分析旨在找出结构的不合理之处，诸如应力集中区域，零件强度不够的区域。避免后续分析因为应力集中产生的巨大形变，导致其他的结构的变形量发生不合理变化，而对受力情况产生误判。
将模型导入SimSolid软件，选择自动添加连接。在进行局部例如导流板推杆分析时，需要重设置连接误差，合理使用连接类型。
如下图所示为结构静载仿真分析结果，对结构进行优化后有效消除了局部应力集中现象：
转运站结构静载仿真分析
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工作载荷分析
工作载荷也称运行载荷，是常规的设计计算内容，用于确定结构长期受力情况。
首先将正常运料10秒期间转运站受到的平均作用力导入至SimSolid软件进行仿真，完成计算后，可以快速查看结构的位移、应力、应变等数据情况。
工作状况下转运站结构载荷仿真分析
例：查看四条横梁上顶面的受力形变情况，左侧功能框可以导出CSV表格。
横梁受力仿真
取横梁①单独分析，根据仿真结果可知：
• 横梁两端是形变量最大的位置，但应力却很小。说明横梁搭接处的刚度不够，应加强横梁支撑柱的刚度和支撑柱与横梁连接的强度，加大支撑柱规格以及增设筋板；
• 横梁中部是头部漏斗安装处，受头部漏斗的载荷，应力和形变都很大：可以增加肋板提高该处结构的刚度；
• 横梁的螺栓过孔，孔周围，向外侧的应力较大，向内侧的应力小：此处可以均布螺栓孔。在中间适当增加螺栓。
横梁形变图
横梁应力图及局部特写
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堵料载荷分析
堵料载荷通常被视为结构受到的最大的载荷，且作为瞬态判断，不计入疲劳统计。堵料载荷分析的结果，可以直接用材料的最大屈服强度配合安全系数，判断材料是否失效。
堵料工作状况下载荷分析
设定屈服强度和安全因子来判断结构的安全性，找出薄弱环节。本次示例用系统自带的材料STEEL最大屈服应力，低于安全因子的区域考虑加厚钢材，改变结构，高于安全因子的区域考虑简化结构，降低成本。安全因子根据材料和设计要求的不同请自行调整。
根据仿真结果可知：
• 吊杆和部分支座无法满足堵料载荷工况；
• 可以增加吊杆数量，增大螺柱规格或更换吊杆材料使用高强度合金钢螺栓等；
• 对于支座和横梁，由于未达标的部分不多，可以做局部加厚，安插肋板，提升这部分结构的刚度。
吊杆和支座局部放大图
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支反力计算
EDEM-SimSolid联合仿真可以计算支反力数据，用于支撑点结构和连接件的设计及强度校核。
在各个支点设置约束，最好建出支点处的埋件，将埋件设为固定约束。将EDEM载荷导入SimSolid计算后，即可在功能栏直接用支反力选项导出支反力。
本次示例导入堵料载荷的受力，支反力求解如下：
堵料工况下的支反力求解结果
左侧浮窗中会列出所有类型约束的支反力，支反力以零件为单位区分，所以约束可以同时设置。为方便区分，建议给支座零件命名。支座信息关联到零件名字，单选可以查看。功能栏可以导出支反力和力矩的CSV表格。
表格中包含各向力和力矩的数值，可用于埋件设计，或钢结构的计算书输入值。
各向力和力矩的求解数值
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皮带拉力计算
本章节涉及一个皮带机相关的载荷——皮带最大拉力。一般指的是出料皮带，在堵料且停机的情况下，带料启动需要的拉力，是设计皮带机功率需要的重要指标。本方案将计算克服仓压所需的皮带拉力。
• 首先在EDEM中完成堵料工况仿真，静置一段时间直至物料稳定，导出物料压在皮带上的力，加载到SimSolid软件中；
皮带拉脱力仿真技术
• 将SimSolid软件中的皮带底面设置上滑动支座约束；
• 对滑动面施加位移，此处模拟在物料重力作用下，滑动面移动时所处的受力环境，该瞬间三力平衡；
• 仿真计算后导出滑动约束受到的力数据，读数取反则为皮带受到的支撑力；
设置上滑动支座约束，计算受到的力
• 皮带移动过程受力看作瞬态，根据向量图计算可得该堵料工况下皮带方向总拉力。
皮带移动方向上的力
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