殼牌煤氣化技術的關鍵設備由氣化爐、輸氣管和合成氣冷卻器組成，其中氣化爐是核心設備。氣化爐在工作過程中，容易發生煤灰沉積現象，當爐內換熱表麵出現積灰時，會嚴重影響其換熱效果，從而影響煤氣化效率。除灰敲擊裝置作為氣化爐正常運行過程中必不可少的設備，布置在氣化爐四周的各個角度，緊貼著換熱表麵，按規律不斷敲擊，使壁麵產生振動，從而起到振打除灰的作用，保證了換熱表麵的換熱效率。敲擊杆、活塞杆和錘體是除灰敲擊裝置的關鍵部件，在工作過程中，三者均承受衝擊載荷，容易產生應力變形，雖然等效應力低於材料的屈服極限和強度極限，但在衝擊載荷的不斷重複作用下，就會產生疲勞破壞和斷裂，尤其是活塞杆的主截麵麵積最小，且截麵不連續處會出現應力集中，往往最早發生破壞。事實證明也是如此，2012年某企業除灰敲擊裝置在工作過程中，活塞杆底端台階截麵變化處發生斷裂。針對上述問題，杭州那泰有限元分析公司以關鍵部件活塞杆為研究對象，利用有限元分析其在撞擊過程中的應力分布和變化規律，以期增加活塞杆的使用壽命。
      活塞杆受衝擊載荷作用屬於衝擊動力學範疇，在使用有限元法求解時，常見的算法有Euler法、ALE(Arbitrary Lagrange-Euler)法和Lagrange法。其中 Lagrange法用於處理固體之間衝擊動力學問題，是目前這一領域最成熟、最簡便和應用最廣泛的有限元方法，用於結構的力學分析，可以處理衝擊載荷過程中複雜邊界條件和材料本構關係。Lagrange法計算的是質量恒定的單元運動，根據連續介質力學理論，整個運動過程中必須保持質量守恒、動量守恒和能量守恒。對於三維體單元，采用有限元離散方法從上述平衡條件推導出結構的動力學方程。
      活塞杆在工作過程中的受力狀態比較複雜，在計算過程中假設材料各向同性，密度均勻分布。活塞杆的材料是合金結構鋼15CrMo，其性能參數如下：楊氏彈性模量E_x=210GPa，泊鬆比µ=0.27，密度ρ=7850kg/m³，屈服強度295MPa，抗拉強度440MPa。
      根據活塞杆的幾何尺寸，在三維造型軟件Pro/E中，由點到線、由線到麵、由麵到體完成活塞杆的三維實體造型，保存為igs文件並導入到ANSYS軟件中。活塞杆直徑為32mm，台階最大外徑為50mm，台階處圓角過渡。
      網格劃分質量直接影響計算結果的正確性和精度。為了能正確反映活塞杆受衝擊過程中其內部應力的分布情況和應力波的傳播情況，對其網格質量要求比較高，尤其是在截麵突變部位。為了便於生成網格，采用自由網格劃分，生成Solid45四麵體單元。綜合考慮求解精度和求解時間，對活塞杆截麵突變和圓角部位進行網格細化。整個活塞杆共劃分26034個節點，112425個單元。
      活塞杆在工作過程中，前端受敲擊杆衝擊力的作用，底端麵和錘體緊緊貼在一起，沒有縫隙，保證了能量傳遞的連續性，因此可以把活塞杆的約束簡化為底端麵的全約束。
      氣化爐除灰敲擊裝置在運行過程中，氣缸中的氣體壓力推動敲擊杆撞擊活塞杆，活塞杆受到衝擊力作用，受力麵為活塞杆前端麵。假設衝擊發生時，衝擊部位充分接觸，因此活塞杆承受均布的麵載荷，在ANSYS計算過程中以壓力形式施加。

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