管带机作为加气砖生产辅助设备的有限元分析
管带机是加气砖生产的辅助设备，在加气砖设备这一大家族中属于一个小的分支。当然，一个“家族”的发展离不开任何分支的支持，所以管带机在加气砖的生产中所起到的运输物料的作用只会得到强化与改善，而不会被削弱。
管状带式输送机（以下称管带机）可密闭输送散装物料，由于输送带卷成圆管状，降低了横向刚性，使输送带以较小曲率半径实现空间弯曲布置，线路设计时可以随地形设置水平弯弧、垂直弯弧或空间弯弧桁架。作为管带机重要组成部分的弯弧桁架，必须同时满足刚度、强度、稳定性的要求，才能实现管带机的转弯功能，保证整机的可靠运行。
如采用传统的内力分析方法分析弯弧桁架，很难在短时间内获取大量数据而且可靠度低，为此本文应用大型通用有限元分析软件ANSYS的参数化设计语言（APDL）对常用的水平弯弧、垂直弯弧桁架进行结构静力分析。
1.典型的管带机桁架结构
管带机桁架结构主要由托辊框、弦杆、竖腹杆、斜腹杆等组成，托辊框上还设有托辊用来支撑输送带与物料，另外桁架两侧还设有走台、护栏、电缆槽架等，对弯弧桁架，弦杆则带有弯弧半径。
本文介绍的管带机的管径250mm，运量200t/h，带速1.25m/s，设计的水平弯弧、垂直（凹）弧桁架跨度为L=21m，弯弧半径均为R=140m，桁架梁高H=1.6m，宽l=0.9m，节间a=1.2m，两端节间t=0.75m。
2.管带机桁架的荷载及荷载组合
依据建筑结构荷载规范（GB50009-2001）以及管带机的受力特点，将管带机桁架荷载主要分为以下几类，即恒载、可变荷载、风荷载、雪荷载和地震作用等。
2.1. 管带机桁架的荷载
2.1.1.恒载
包括桁架自重以及胶带、托辊组、走台栏杆、电缆槽架等重量，各荷载的载荷值计算可参看DTⅡ（A）相关手册。
2.1.2. 可变荷载
包括活载，物料荷载及输送机的运行水平阻力等。活载主要是维修人员及检修工具的重量，可按照0.2-0.3kN/m2计算；物料荷载可根据输送量求得单位长度上的物料重量；管带机的运行水平阻力一般较小，可忽略不计。
2.1.3.风荷载
风荷载按最不利情况即风载荷垂直于桁架计算。风荷载的大小与风压值、迎风面积等因素有关，风压值应根据使用管带机当地的气象资料和相关设计规范来确定。
2.1.4.雪荷载
雪荷载根据地理条件定，与基本雪压、积雪面积有关，计算时只需考虑堆积在走台上的冰雪在垂直方向产生的载荷。
2.2.材料特性及设计指标
管带机桁架的弹性模量E为210Gpa，泊松系数为0.3，密度均为7.85×103kg/m3。钢材的屈服应力σs=235 Mpa及破坏应力σb=410 Mpa。
桁架杆件校核时，Q235-B钢材的强度设计值取f=206MPa；
桁架的刚度设计值取：L/650，其中L为桁架的跨度。
3. 管带机桁架的ansys有限元结构静力分析
3.1.有限元模型的建立
本文使用ANSYS的APDL方式进行分析，先定义所需的参数，如跨度L、高度H，节间a等，便于参数优化设计；由于弯曲桁架受有三维方向的力作用，计算时各杆件均等效为三维二次有限应变beam189梁单元；材料属性设定好后，建立管带机水平弯弧、垂直弯弧桁架的简化几何模型，赋予杆件属性划分网格，得到弯弧桁架有限元模型。
3.2.约束的施加
管带机桁架分析时，右侧约束X、Y、Z三个方向的线位移，左侧约束Y、Z二个方向的线位移。
3.3.载荷的施加
将恒载、可变荷载、风荷载依次按载荷步施加。其中恒荷载的自重由ansys程序自动施加，其余载荷将各载荷简化成节点集中力载荷，并将载荷值均匀加载到有限元模型单元的各个节点上，各边节点施加的载荷力为中间节点的一半。
4.计算结果分析
本文应用Ansys有限元分析桁架时采用的是Beam189单元，该单元能承受弯曲和轴力的作用，对各杆件的验算可采用拉弯和压弯受力构件计算。
4.1.计算结果
水平弯弧、垂直弯弧桁架在施加同样的约束、载荷下，载荷工况组合4的变形和von Mises应力云图。
另外，本文通过ANSYS的二次开发语言，对两种桁架的弦杆节间单元逐一进行计算，获得的上下弦杆各单元的内力、杆件的最大弯曲力矩数据绘制所有弦杆的强度、整体稳定应力曲线图。
4.2.结果分析
4.2.1.根据实际桁架变形及应力分析，水平弯弧、垂直弯弧桁架载荷组合的最大变形为25.528、29.543mm，桁架的VON MISE应力最大分别为123、116MPa，均小于设计指标。
4.2.2.对比表两种桁架的受力结果，可见在同样载荷作用下，因风荷载方向以及弯弧方向的不同可见有以下规律：
4.2.2.1.桁架的迎风方向D-D以及被风方向A-A弦杆中部位置的单元受力最大，所不同的是D-D杆件承受的是较大的压应力，A-A则是较大的拉应力。
4.2.2.2.水平弯弧桁架的应力值较垂直弯曲的应力值大，因垂直弯弧桁架的凹弧半径斜向上是有一定的提升高度，实际所受的Y向载荷分力值较水平弯弧桁架小。
4.2.3.通过分析得到的轴力和弯矩算得的构件强度和稳定性应力云图，可见弦杆的应力均小于设计值，满足强度和整体稳定性设计的要求。
5.结论：
5.1.对结果分析显示，弦杆的应力均小于设计值，满足刚度、强度和整体稳定性的设计要求，根据分析的结果即桁架弯弧方向的受力大小，可合理改善杆件的截面形式。
5.2.本文应用ANSYS分析软件对管带机弯弧桁架进行分析是可行的，对所获取的结果进行深入分析研究，能极大地方便设计人员的对弯弧桁架设计。
5.3.本文利用ANSYS APDL命令流分析，虽然在建模分析时进行了参数化设计，但是管带机桁架结构复杂、工况较多，建议再利用ANSYS的二次开发功能开发管带机桁架的专用有限元分析软件，便于管带机桁架的结构轻量化设计，这样能够减轻用户对于加气砖设备价格的投资，更快的收回成本。