Сыпучие материалы имеют широкое применение во всех отраслях промышленности. Их использование не возможно без хранения и транспортировки. Для этого используются силосы различной конструкции.
Силос представляет собой вертикальную цилиндрическую или прямоугольную емкость с плоским или конусным днищем с отверстием (окном) и плоской крышей. Традиционно силосы с конусным днищем имеют диаметр от 2,5 до 11 м и высоту от 5,5 м до 28 м.
Вертикальное расположение силоса способствует экономии площади для установки. Установка силосного корпуса осуществляется на металлическую опорную раму, высота которой зависит от целей использования силоса, его конструкции. Для надежной и эффективной эксплуатации силоса на него монтируется различное технологическое оборудование, например, рукавные фильтры, датчики уровней, вибраторы и аэрационные устройства (для равномерного распределения продукта внутри емкости и обеспечения так называемой текучести продукта во время его отпуска), краны отбора проб, моечные головки, смотровые стекла, различные воздуховоды и т.д.
При изготовлении несущих конструкций в основном используется двутавровое сечение. Однако возникает необходимость подбора оптимальных размеров элементов, обеспечивающих восприятие нагрузок и удовлетворяющих экономическим интересам. При определении размеров двутавровых элементов с переходом от одной толщины проката к другой наблюдается скачкообразное изменение расчетного сопротивления, что не позволяет минимизировать функцию площади сечения. Для устранения этого недостатка при выборе сечения предлагается следующий алгоритм.
1. Вводятся исходные данные (нагруженность N/lx2, эксцентриситет e0/lx, соотношение расчетных длин ly/lx, расчетное сопротивление Ry). Для каждого набора исходных данных расчет производится отдельно.
2. Задается и варьируется высота двутавра h.
3. Задается и варьируется гибкость стенки.
4. При заданных высоте и гибкости стенки, подбирается необходимая площадь сечения полки и определяется площадь сечения всего двутавра.
5. Гибкость стенки по аналогии с [1-5] варьируется до тех пор, пока не определяется самый экономичный вариант двутавра для заданного значения h. Затем принимается новая высота h, и расчеты повторяются.
Площадь сечения полок двутавра подбирается следующим образом:
– задается первоначальное значение площади сечения полки Af;
– вычисляются прогибы стержня, подсчитываются полные эксцентриситеты приложения нагрузки e = e0 + fx, определяются краевые деформации; если деформация превосходит предельное значение, то возвращаемся к началу цикла по назначению размеров полки;
– определяется критическая гибкость полки, и исходя из этой гибкости и текущей площади Af определяется ширина и толщина полки; если оказывается, что ширина полки превосходит h, то она принимается равной h, а толщина полки – равной Af/h;
– скомпонованное сечение проверяется соответствию конструктивных условий, если выявляются противоречия, то изменяем гибкость стенки или высоту двутавра h;
– устойчивость стенки проверяется в двух местах: на опоре стержня и в его середине; если хотя бы в одном из этих мест стенка оказывается неустойчивой, то возвращаемся к началу цикла;
– производим проверку устойчивости стержня из плоскости действия момента; если устойчивость стержня оказывается необеспеченной, возвращаемся к назначению новой большей величины Af, и весь расчет повторяем.
Высота двутавра h, гибкость стенки λw и площадь полки Af варьируются с переменным шагом. Схема вариаций одинаковая для всех параметров и поясняется на примере поиска выгодной высоты двутавра h (рис. 1).
Рис. 1. Выбор оптимальной высоты сечения
Предварительно принимается какое-то минимальное значение h. За тем высота увеличивается с определенным шагом до того момента, пока площадь сечения двутавра А не оказывается больше, чем при предыдущем значении высоты. Следовательно, минимум А располагается между точками 2 и 4.
Локализовав соответствующий интервал высот, возвращаемся к точке 2 и начинаем снова менять высоту двутавра, но уже с шагом вдвое меньшим. Определяется новый, уже меньший интервал значений h. Количество приближений зависит от требуемой точности вычисления высоты.
Данная методика позволяет выбрать сечение внецентренно сжатых и сжато изгибаемых несущих элементов силосов с оптимальными размерами.