摘 要

本文借助了有限元分析软件ANSYS首先针对一直径为1.5米、高为80米的套筒式玻璃钢烟囱进行了简单的数值模拟计算与分析，对套筒式玻璃钢烟囱在地震、风载以及组合荷载三种工况下的情况进行了分析和比较，所得结果对套筒式玻璃钢烟囱的结构分析具有重要的指导意义。

论文主要研究了以复合材料玻璃钢为内衬的套筒式烟囱的结构设计以及在不同工况下对其进行有限元分析。

研究结果表明：设计的套筒式玻璃钢烟囱符合结构设计要求，玻璃钢应用在烟囱上存在可行性和适用性。

本文的特色：以新型复合材料为研究对象，探讨了其应用在烟囱上的优势。并利用先进的ANSYS软件对设计的烟囱结构进行了有限元分析，得到直观而又详细的分析结果。

关键词：玻璃钢；套筒式烟囱；结构设计；有限元分析

Abstract

In this paper a simple numerical simulation and analysis is conducted about a FPR chimney which diameter is 1.5 meters and height is 80 meters. Then analyzing and comparing the three working condition in which the chimney may be. The results have important guiding significance in the structural analyzing of FPR chimney.

In this paper, the structure design of the FPR chimney is studied, and the finite element analysis is carried out under different conditions.

The result of the study shows: The designed FRP chimney meets the structural design requirements, and the application of FRP in the chimney is feasible and applicable.

The characteristics of this paper: Aiming at a new type of composite material and exploring the advantages of its application in the chimney. Using advanced ANSYS software for the finite element analysis of the designed chimney, to get an intuitive and detailed analysis of the result.

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Key Words：FPR；tube-in-tube chimney；structural design；finite element analysis

目 录

第1章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2玻璃钢烟囱概述 1

1.2.1玻璃钢的优缺点 1

1.2.2烟囱的种类 3

1.2.3玻璃钢烟囱的发展与前景 4

1.3 论文研究的主要内容和方法 5

第2章 套筒式玻璃钢烟囱结构设计与计算 6

2.1 烟囱结构设计规范 6

2.2 场地条件 6

2.3参数设计 7

2.4 结构计算 8

2.4.1重力计算 8

2.4.2 风荷载计算 8

2.4.3强度验算 10

2.5本章小结 11

第3章 套筒式玻璃钢烟囱有限元分析 12

3.1有限单元方法和ANSYS软件简介 12

3.1.1有限单元法的基本思想 12

3.1.2 ANSYS软件简介 12

3.1.3用ANSYS进行有限元分析的步骤 13

3.1.4单元类型选择 13

3.2玻璃钢烟囱有限元分析 14

3.2.1 定义参数 14

3.2.2建立玻璃钢烟囱几何模型 15

3.2.3施加约束及荷载 16

3.2.4 划分网格 17

3.2.5计算结果 18

3.2.6 结果分析 21

第4章 总结 22

参考文献 23

致谢 24

第1章 绪论

1.1研究背景

在发展日新月异的今天，生产力也在不断进步，但另一方面社会发展也带来了一些负面的影响。工业生产活动日益频繁，这些生产活动中产生的大量废气通过烟囱、排气筒等排向高空中，使大气污染的程度越来越严重。近年来随着中国工业飞速发展，大气污染情况较也愈发显著。按最新的统计，中国的二氧化硫排放总量占整个亚洲的三分之二，同时中国也拥有半数以上世界上空气污染最严重的城市。燃煤电厂在我国的电力行业中占有相当大的比重，由这些燃煤电厂往大气中排放的二氧化硫正是大气污染的主要原因之一。因此,改善大气污染的一个重要方面就是控制类似燃煤电厂向大气中排放的二氧化硫^[1,2,3]。

现如今国家的环保标准日渐提高，人们的环保意识也在逐渐加强，基本上国内的燃煤电厂都有对排放烟气进行脱硫处理的程序。然而烟气脱硫之后得到的产物和排放过程中烟气在烟囱中的冷凝都会对烟囱产生的腐蚀,传统的烟囱一般需要需要采用合金钢，或着需要经常进行繁琐的防腐处理，寿命极短的则需经常更换。一方面这使得加企业的经济负担加重，另一方面由于防腐施工和更换施工使得企业生产的连续性受到影响，进而影响到企业的经济效益。为了提高烟囱的防腐蚀性能，曾采用过价格高昂的蒙古栎木和不锈钢，但综合来看效果并不明显。

毋庸置疑，我国的工业在废弃排放方面亟需改善。如今在日本，作为玻璃钢结构的一个重要应用，玻璃钢烟囱在工业中的应用已经越来越普遍。近年来，玻璃钢烟囱在我国的冶炼、发电、化肥、化工等行业也得到了广泛应用，并且都取得了良好的经济效益和社会效益。

1.2玻璃钢烟囱概述

1.2.1玻璃钢的优缺点

选择玻璃钢材料制作烟囱,是因为它作为一种复合材料拥有很多优秀的特质,在使用过程中能够为企业带来各种好处。具体来说复合材料有以下的几个优点：

（1）耐腐蚀性能优越。玻璃钢是很好的耐腐材料，在对玻璃钢进行设计改良之后甚至在某些有机溶剂都能保持优秀的耐腐性，不仅可以抵抗大气、水的腐蚀，还能适应各种浓度的酸、碱、盐环境。特別是处在强腐蚀性环境中时，玻璃钢材料具有碳素钢、有色金属、木材、不锈钢等普通材料无法与之比拟的优秀性能^[4]。

（2）质轻高强。玻璃钢材料的相对密度一般在1.8到2.0之间,相同形状的玻璃钢产品质量是钢材的四分之一、铝合金的三分之二。但同时其最大抗拉强度却与能高品质的合金钢相比，甚至比它还要高。这使得玻璃钢在各种需要即减重又保证强度的情况下表现得十分优秀。同时由于玻璃钢产品质量轻，因此在安装的时候也比较方便。

（3）耐磨性好。采用特殊树脂以及增强材料做内衬层辅以某些功能材料可以复合出的硬度高、内壁光滑的玻璃钢产品。烟囱内的烟气中含有固体状颗粒，所以良好耐磨性作用很大。