1. 研究目的与意义
农作物秸杆作为一种农业生产的副产品，产量大、分布广，同时也是一项重要的生物资源。秸秆锅炉因其高效、低污染、施工快和投资效益高等综合因素，在国内外应用十分广泛。锅炉建筑属于乙级建筑，一旦出现钢结构的失稳，后果将不堪设想。稳定理论和钢结构设计结合，不仅在于防止结构失稳，还在于充分挖掘潜力，避免失稳而过渡设防。故本课题旨在研究建模秸秆锅炉锅筒、下降管部分三维有限元模型，研究其稳定性稳定性，从而确保其工程的稳定性。
2. 课题关键问题和重难点
锅炉建筑属于乙级建筑，一旦出现钢结构的失稳，后果将不堪设想。且锅炉钢结构布置形式千变万化，载荷条件复杂多样，要想得到稳定的结构设计往往十分困难。锅炉水冷壁是多根细长水管和扁钢焊接而成，构件之间有相互制约性；而集中下降管是单根细长薄壁水管，顶部支撑锅筒，下部固定，其稳定性相对更弱。本课题要求根据厂家提供的图纸拟对锅炉锅筒、下降管部分进行建模，并进行稳定性分析。
本课题研究的关键在于要使用现行规范理论计算、特征值屈曲分析、非线性屈曲分析三种方法对秸秆锅炉下降管进行稳定性计算。对以上三种方法得到的计算结果进行比较讨论得出下降管所能承受的合理的极限载荷。在使用有限元软件屈曲分析是还应注意有限元模型的单元划分和材料属性。
3. 国内外研究现状（文献综述）
生物质锅炉因其高效、低污染、施工快和投资效益高等综合因素，在国内外应用十分广泛。与其它工业锅炉不同的是，大多生物质锅炉炉墙采用全封闭膜式水冷壁结构，并沿高度方向布置若干层刚性梁；采用集中下降管和水冷壁下集箱作为支撑件。这种自然循环锅炉是依靠下降管和受热面之间的自然压头来产生，下降管布置在炉外，不受热。蒸发受热面由布置在炉内的水冷壁管组成，也称之为上升管。上升管内汽水混合物的密度比下降管内水的密度小得多，工质正是依靠这种密度差而产生的动力保持流动的，不需消耗任何外力，所以这种锅炉叫做自然循环锅炉。这种自承式锅炉，其本体承受了所有的载荷，除了管的内压力和轴向外载荷外，还有炉膛内压力、地震载荷和风载等载荷。尤其锅炉日趋于大型化、轻薄化，其对承载力和使用安全性的要求更高，因而对生物质锅炉进行结构优化提高强度、刚度等机械性能具有重要的意义。
近年来，国内外学者采用有限元法对锅炉进行了广泛的研究，但是对于整个锅炉结构的模拟与分析还是相当少见。在这些研究中，主要针对局部管板进行的分析和计算，考虑热传导特性、应力腐蚀和疲劳失效等问题。配备了支撑钢架的锅炉属半自承式锅炉，承载性研究往往省略锅炉本体而仅研究钢架结构，本文所述的自承式锅炉的相关研究更少。造成这种情况的原因在于：大型复杂工程的三维有限元分析，虽然证明可以实现，但是因计算成本问题被限制在一个小领域；采用梁单元、壳单元虽可以简化建模避免不足，但是结构的应力-应变关系研究并不是很充分。因此一个完整且经试验验证的锅炉结构的有限元模拟与分析并未实现。
基于上述研究，实现有限元精确建模，避免模型简化带来的误差，才能准确、快速地求解大型工程结构的承载能力、变形和应力分布情况。本文以110t/h高温高压生物质锅炉为研究对象，采用梁单元和壳单元相结合的方法建立锅炉整体有限元模型，并通过试验验证确保模型在几何结构和力学性能上具有相似性。借助该模型研究锅炉自重、吊挂件重量、风载等载荷对整体结构的影响，并寻找其薄弱环节，为进一步优化设计提供参考。
4. 研究方案
基于上述研究，本文首先采用现行规范理论计算（欧拉公式）、特征值屈曲分析、非线性屈曲分析三种方法对单个下降管杆件进行稳定性验算，验证在不同边界条件下计算计算结果具有一致性。在此基础上考虑杆件之间的相互影响，采用有限元法对包含下降管、锅筒及引出管结构的稳定性进行评价。
1、完成秸秆锅炉锅筒、下降管部分的三维管路模型
2、完成单根下降管的稳定性分析
5. 工作计划
毕业设计前一学期末完成英文翻译，收集、查阅、文献资料并准备开题报告。
第1周 完成英文翻译，提交英文翻译给指导老师批阅。英文翻译经指导老师批阅合格并确认后，译文和原文均上传至毕业设计管理系统,译文封面用标准模板。查阅文献资料，撰写开题报告。
第2周 开题报告经指导老师批阅合格并确认后，开题报告封面用标准模板，上传至毕业设计管理系统。文献检索杆件稳定性有限元分析相关资料。
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