湿法冶金锌电解工艺中，电解槽是关键设备之一，虽然我国是世界锌生产和消费大国，产量稳居世界第一，但我国锌电解精炼电解设备比较落后，绝大多数采用混凝土内衬玻璃钢防腐层结构的电解槽以及小极板电锌工艺，由于高温电解液的强腐蚀性，槽体与内衬材料平均线膨胀系数不同，造成槽体分层、脱落、破坏，多年来的实际应用表明，这种传统电解槽存在可靠性差、生产效率低、电能损耗大、环境污染严重、制造尺寸精度差等问题。近几年我国锌电解精炼技术发展迅猛，随着锌电解大极板技术的引入，传统电解槽不能满足大极板锌电解技术的要求，乙烯基树脂混凝土整体槽成为升级换代产品，为满足锌电解大极板技术的发展需求，我公司设计超大型整体槽，基于有限元分析对超大型锌用整体槽结构进行优化设计。
      采用ANSYS对电解槽真实载荷进行模拟分析，测定最大主应力和变形，通过与设计值比较分析，验证极限应力是否满足该工况下最大主应力要求。槽体基材树脂混凝土的应力应变基本呈线弹性，本工作采用结构线性静力计算，设定电解槽的强度安全系数大于2.5；按照《HG/T52-2014》整体浇铸乙烯基树脂混凝土电解槽》标准要求，侧壁绕曲变形小于侧壁长度的0.1%，侧壁长度11000mm，挠曲变形不能大于11mm。ANSYS分析过程包含三个主要步骤：①创建有限元模型，包括创建或读入模型，定义材料属性，划分网格；②施加载荷并求解，包括施加载荷及设定约束条件，求解；③查看结果，主要包括查看及分析结果，以便对模型做出评价。
      模拟锌电解工况条件，槽体承受的载荷包括自重，电解液静液压，阴阳极板、汇流条以及吊装框等垂直载荷，温度载荷。电解槽在使用过程中，槽与槽之间通过填充建立连接，槽底与支撑块接触处非胶接，只提供垂直向上的正应力，在支撑处约束节点的垂直位移，同时限制结构的刚体位移。
      在ANSYS软件GUI操作中选择定义载荷-加载重力，输入树脂混凝土密度，加载惯性力，电解槽受向下的重力，根据惯性原理，具有向上的加速度。
      将阴阳极板、汇流条以及吊装框等垂直载荷均布加载在电解槽长侧壁两侧。
      在电解槽内表面施加电解液的液压载荷。
      基于以上有限元分析结果，对超大型电解槽结构做以下优化设计。FRP加强筋的设计增加槽体刚度，抵抗变形，在槽体结构层预埋dia12FRP螺纹加强筋，编织成网状，面密度200mm×200mm，加强筋拉伸强度≥750MPa，是普通钢筋的２倍；在应力集中及发生大变形部位编织更密集的网状加强筋，增加载荷传递，避免应力集中。FRP网状加强筋设计既提高了槽体的强度和刚度，又增加产品安全性，在使用过程，发生意外大载荷撞击，槽体藕断丝连，不会分离，避免造成损伤。防渗保护结构设计槽体采用三明治夹心式三层结构设计，即内防渗层（FRP）、结构层（PC）、外保护层（FRP），三层结构整体浇铸成型。内外FRP层损坏，不影响产品正常使用；三层结构设计起双保险作用，提高整体抗冲击性能，确保长期工作无渗漏，同时提高产品抗腐蚀性，延长使用寿命。
      有限元分析中出现应力集中部位出现在槽体边缘处，采用圆角平滑过度处理，避免任何棱角，最大拉伸应力减低15%以上，避免应力集中，提高产品安全系数；同时槽体重量减轻7%～15%，降低运输、安装成本，减少基础设施的投入。

                                                                                专业从事机械产品设计│有限元分析│CAE分析│结构优化│技术服务与解决方案
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