壳牌煤气化技术的关键设备由气化炉、输气管和合成气冷却器组成，其中气化炉是核心设备。气化炉在工作过程中，容易发生煤灰沉积现象，当炉内换热表面出现积灰时，会严重影响其换热效果，从而影响煤气化效率。除灰敲击装置作为气化炉正常运行过程中必不可少的设备，布置在气化炉四周的各个角度，紧贴着换热表面，按规律不断敲击，使壁面产生振动，从而起到振打除灰的作用，保证了换热表面的换热效率。敲击杆、活塞杆和锤体是除灰敲击装置的关键部件，在工作过程中，三者均承受冲击载荷，容易产生应力变形，虽然等效应力低于材料的屈服极限和强度极限，但在冲击载荷的不断重复作用下，就会产生疲劳破坏和断裂，尤其是活塞杆的主截面面积最小，且截面不连续处会出现应力集中，往往最早发生破坏。事实证明也是如此，2012年某企业除灰敲击装置在工作过程中，活塞杆底端台阶截面变化处发生断裂。针对上述问题，杭州那泰有限元分析公司以关键部件活塞杆为研究对象，利用有限元分析其在撞击过程中的应力分布和变化规律，以期增加活塞杆的使用寿命。
      活塞杆受冲击载荷作用属于冲击动力学范畴，在使用有限元法求解时，常见的算法有Euler法、ALE(Arbitrary Lagrange-Euler)法和Lagrange法。其中 Lagrange法用于处理固体之间冲击动力学问题，是目前这一领域最成熟、最简便和应用最广泛的有限元方法，用于结构的力学分析，可以处理冲击载荷过程中复杂边界条件和材料本构关系。Lagrange法计算的是质量恒定的单元运动，根据连续介质力学理论，整个运动过程中必须保持质量守恒、动量守恒和能量守恒。对于三维体单元，采用有限元离散方法从上述平衡条件推导出结构的动力学方程。
      活塞杆在工作过程中的受力状态比较复杂，在计算过程中假设材料各向同性，密度均匀分布。活塞杆的材料是合金结构钢15CrMo，其性能参数如下：杨氏弹性模量E_x=210GPa，泊松比µ=0.27，密度ρ=7850kg/m³，屈服强度295MPa，抗拉强度440MPa。
      根据活塞杆的几何尺寸，在三维造型软件Pro/E中，由点到线、由线到面、由面到体完成活塞杆的三维实体造型，保存为igs文件并导入到ANSYS软件中。活塞杆直径为32mm，台阶最大外径为50mm，台阶处圆角过渡。
      网格划分质量直接影响计算结果的正确性和精度。为了能正确反映活塞杆受冲击过程中其内部应力的分布情况和应力波的传播情况，对其网格质量要求比较高，尤其是在截面突变部位。为了便于生成网格，采用自由网格划分，生成Solid45四面体单元。综合考虑求解精度和求解时间，对活塞杆截面突变和圆角部位进行网格细化。整个活塞杆共划分26034个节点，112425个单元。
      活塞杆在工作过程中，前端受敲击杆冲击力的作用，底端面和锤体紧紧贴在一起，没有缝隙，保证了能量传递的连续性，因此可以把活塞杆的约束简化为底端面的全约束。
      气化炉除灰敲击装置在运行过程中，气缸中的气体压力推动敲击杆撞击活塞杆，活塞杆受到冲击力作用，受力面为活塞杆前端面。假设冲击发生时，冲击部位充分接触，因此活塞杆承受均布的面载荷，在ANSYS计算过程中以压力形式施加。

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